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在人类制造的众多伟大器械中
其中一样叫做'原子撞击器'
我说的是体积上的伟'大'
其中最大的
也就是‘大型强子对撞机’或称‘LHC’
是一个周长约 18 英里的环形建筑
这比整个曼哈顿还长
原子加速器到底是什么?
它是让具有极高能量的原子核
互相撞击的仪器。
而科学家建造的能量最高的一个仪器
可以将物质加热到有史以来的最高温度,
相当于宇宙在诞生后的
兆分之一秒的温度。
我们的加速器由尖端工程技术构成。
LHC 的碰撞隧道是真空的
压力比国际太空站
周围的气压还小,
而且温度在华氏零下 456 度 (译注:约摄氏零下 271 度),
比最深远的宇宙都还冷。
而先前的一个置于 LHC 加速碰撞隧道中的加速器
仍保持着速度的世界纪录,
它能将一个电子加速到极高的速度,
几乎接近于光速,
光子大约需要14 分钟的时间
才能领先 10 英尺。
如果这还不让你惊讶,
要记得光子是宇宙上最快的东西,
它时速每秒大约186,000英里。
那么,这些次原子的粒子加速器是如何运作的?(译注:次原子的是指比原子小或原子内部的)
答案是利用电场。
电场让带电粒子朝相同方向运动
就像重力把棒球向下拉一样。
这样来自电场的力
将吸引粒子且使它运动。
速度会继续增加
直到带电粒子到了惊人的速度。
将两块平行金属板和一颗电池相链接起来,
就可制做一个简单的粒子加速器。
电池的电荷移动
到两个金属板上
产生电场来吸引粒子移动。
就这么简单,
这就是一个粒子加速器。
问题是用这种方式建造的加速器能量很小。
如果用这种方式建设大型强子对撞机
则需要超过五兆个标准的一号电池。
因此,科学家们使用更高能的电池
并将它们串联。
早期的加速器就采用了这种方法,
这种加速器大约有一英里长
相当于300亿个电池。
要建造一个相当于 5 兆个
电池能量的加速器
则需要150英里长的加速器。
科学家们找到了另一种方法。
电场可加速粒子,
而磁场则可使它们沿圆环路径移动。
如果把电场沿圆环路径安置,
那么就不需要数英里长的电场,
你可以循环使用同一电场。
粒子会绕着圆圈运动
而每次循环电子获得更高的能量。
所以高能加速器包含
一小段的加速电场
和一个长系列的磁铁。
磁铁用于引导粒子沿圆环循环。
磁场强度
和圆环半径
决定粒子束的最高能量。
一旦粒子束达到极高速度,
真正的乐趣就开始了-
-对撞。
物理学家之所以想要
这些粒子高速运动
就是要让它们互相碰撞。
这些碰撞可以帮助我们探寻
物质必须遵守的基本原理,
但如果没有工程学上的成就这是不可能的。
这就是粒子加速器。