揭秘世界最大的機(jī)器：大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（圖文）[P27] 大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)不僅是世界最大的粒子加速器，同時(shí)也是世界最大的機(jī)器。這個(gè)27公里長(zhǎng)的粒子加速器，位于瑞士、法國(guó)邊境地區(qū)的地下100米深的環(huán)形隧道中，隧道全長(zhǎng)26.659公里，建設(shè)耗資超過(guò)60億美元。
歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)是現(xiàn)在世界上最大、能量最高的粒子加速器，是一種將質(zhì)子加速對(duì)撞的高能物理設(shè)備，英文名稱為LHC(Large Hadron Collider)。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)坐落于日內(nèi)瓦附近。參與這一項(xiàng)目的研究人員表示，在短短3個(gè)月的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，他們已經(jīng)探測(cè)到處于我們當(dāng)前對(duì)物理學(xué)的了解——標(biāo)準(zhǔn)模型核心的所有粒子。北京時(shí)間7月28日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，參與大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)項(xiàng)目的科學(xué)家表示，他們可能已經(jīng)“接近”希格斯玻色子。希格斯玻色子也被稱之為“上帝粒子”，據(jù)信在大爆炸之后宇宙形成過(guò)程中扮演重要角色。
這是無(wú)塵室里的壓縮μ介子螺線管（CMS）實(shí)驗(yàn)跟蹤器外筒(TOB)的場(chǎng)景。壓縮μ介子線圈是大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)兩個(gè)通用實(shí)驗(yàn)儀器之一，是專門設(shè)計(jì)來(lái)探測(cè)萬(wàn)億能標(biāo)(terascale)的物理學(xué)領(lǐng)域。萬(wàn)億能標(biāo)是一個(gè)能量區(qū)，物理學(xué)家認(rèn)為他們可通過(guò)這個(gè)能量區(qū)找到21世紀(jì)粒子物理學(xué)核心問(wèn)題的答案。當(dāng)兩個(gè)基本粒子的總能量達(dá)到大約1萬(wàn)億電子伏特，并迎頭相撞時(shí)，一個(gè)物理學(xué)新世界將展現(xiàn)在我們眼前。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)將引領(lǐng)我們探索萬(wàn)億能標(biāo)的世界。能標(biāo)從幾個(gè)電子伏特上升到萬(wàn)億電子伏特的過(guò)程，猶如一趟奇異的旅行，從我們熟悉的領(lǐng)域出發(fā)，經(jīng)歷一個(gè)個(gè)截然不同的世界：從能標(biāo)最低的化學(xué)和固態(tài)電子學(xué)（幾個(gè)電子伏特），到能標(biāo)中等的核反應(yīng)（百萬(wàn)電子伏特），再到物理學(xué)家已經(jīng)持續(xù)探索了半個(gè)世紀(jì)之久的粒子物理世界（十億電子伏特）。
這是清晨拍攝的環(huán)球研發(fā)中心。 這個(gè)木質(zhì)球體最初是為瑞士全國(guó)展覽會(huì)Expo'02建造的建筑，其直徑40米，高27米。
組裝成功的ATLAS強(qiáng)子端蓋液氬量熱計(jì)（ATLAS Hadronic endcap Liquid Argon Calorimeter）的場(chǎng)景。ATLAS探測(cè)器是大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)４個(gè)大型探測(cè)器中最大的、也是世界對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)所用的最大的粒子探測(cè)器，它長(zhǎng)46米、高和寬各35米、重7000噸，內(nèi)有1億多個(gè)傳感器。ATLAS探測(cè)器包含一系列一個(gè)比一個(gè)大的同心圓筒，它們圍繞著大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的質(zhì)子束相撞的界面中心。此探測(cè)器擁有120萬(wàn)電子通道，探測(cè)范圍相當(dāng)于3個(gè)足球場(chǎng)面積，靈敏度極高。
工作人員正在對(duì)大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)隧道內(nèi)的磁體列隊(duì)進(jìn)行檢查，必須保證每個(gè)磁體都處在已經(jīng)設(shè)計(jì)好了的精確位置，因?yàn)檫@樣才能對(duì)光束的路徑進(jìn)行精確控制。LHC的調(diào)試最關(guān)鍵的一項(xiàng)工作是要把安裝在隧道里磁體列隊(duì)的溫度降低到零下271.25攝氏度，以便在超導(dǎo)狀態(tài)讓磁體產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，從而對(duì)高能量的質(zhì)子束流進(jìn)行偏轉(zhuǎn)和聚焦。
將大型離子對(duì)撞實(shí)驗(yàn)（ALICE）的內(nèi)部追蹤系統(tǒng)運(yùn)送到實(shí)驗(yàn)洞窟并將它嵌入定時(shí)發(fā)射膛(TPC)。ALICE將用來(lái)研究超高能質(zhì)子-質(zhì)子和鉛-鉛對(duì)撞的物理學(xué)領(lǐng)域，以揭露宇宙大爆炸后幾微秒內(nèi)的首個(gè)宇宙即時(shí)情形。
將大型離子對(duì)撞實(shí)驗(yàn)（ALICE）的內(nèi)部跟蹤系統(tǒng)嵌入到壓縮μ介子螺線管探測(cè)器中心。
這是LHCb電磁量熱計(jì)。此6X7平方米的巨大墻體由3300個(gè)模塊組成的一面42平方米的墻體，這些方塊含有閃爍物、光纜和鉛。在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)內(nèi)開始進(jìn)行質(zhì)子-質(zhì)子對(duì)撞時(shí)， LHCb電磁量熱計(jì)將能測(cè)量對(duì)撞過(guò)程產(chǎn)生的粒子能。質(zhì)子、電子和正電子將穿過(guò)這些模塊內(nèi)的物質(zhì)層，通過(guò)粒子流將它們的能量堆積在這個(gè)探測(cè)器中。
這是在梅林實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的跟蹤綜合設(shè)備進(jìn)行壓縮μ介子螺線管像素帶綜合測(cè)試時(shí)拍攝的照片。
法國(guó)、瑞士和歐洲粒子物理研究所的消防人員在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)隧道內(nèi)搬運(yùn)營(yíng)救設(shè)備。
在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)隧道內(nèi)看到的冷磁體。
將此跟蹤設(shè)備嵌入到壓縮μ介子螺線管探測(cè)器的中心。
擁有跟蹤器外筒(TOB)的壓縮μ介子螺線管（CMS）探測(cè)器末端已經(jīng)完工。
將ATLAS的第一個(gè)小輪子送入隧道內(nèi)。
將ATLAS的兩個(gè)μ介子小輪子中的一個(gè)放入洞中。
ATLAS探測(cè)器。
一名電焊工人在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)隧道內(nèi)的強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的兩個(gè)超導(dǎo)磁體系統(tǒng)之間忙碌著。
壓縮μ介子螺線管（CMS）探測(cè)器。
將ATLAS探測(cè)器磁體環(huán)形端蓋從180號(hào)大樓運(yùn)輸?shù)紸TLAS指定的1號(hào)地點(diǎn)。
在將μ介子小輪子送入洞窟之前看到的ATLAS探測(cè)器洞窟A側(cè)的情景。
ALICE洞中的L3磁體的一個(gè)門即將關(guān)閉的門。
將壓縮μ介子螺線管（CMS）探測(cè)器的最后一個(gè)部件放入此地下試驗(yàn)洞窟中。
在完全將液氬低溫保持器嵌好后拍到的第一個(gè)ATLAS內(nèi)部探測(cè)器端蓋的照片。
將ATLAS像素探測(cè)器安裝在此洞窟中。
將光束管安裝在此ATLAS洞窟中。
安裝服務(wù)器時(shí)所看到的此計(jì)算機(jī)中心的場(chǎng)景。
在壓縮μ介子螺線管（CMS）探測(cè)器測(cè)試時(shí)，安裝世界上最大的硅跟蹤探測(cè)器。
這是歐洲粒子物理研究所和瑞士與法國(guó)周圍地區(qū)的鳥瞰圖。3個(gè)環(huán)清晰可見，位于右下方的最小的那個(gè)環(huán)表明質(zhì)子同步加速器的地下位置；中間的環(huán)是超級(jí)質(zhì)子加速器(SPS)所在位置，這個(gè)加速器的輻射范圍是7公里；而那個(gè)最大的環(huán)（圓周27公里）是以前的大型正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)(LEP)加速器的所在地，背景則是部分日內(nèi)瓦湖。 歐洲粒子物理研究所-歐洲粒子物理研究所 (European Organization for Nuclear Research ,簡(jiǎn)稱CERN)成立于1954年，是世界最大的粒子物理研究中心。CERN是歐洲第一個(gè)聯(lián)合研究機(jī)構(gòu)，由20個(gè)成員國(guó)提供資金，其卓越成績(jī)已經(jīng)成為國(guó)際合作的典范。CERN位于法國(guó)和瑞士的交界處，就在日內(nèi)瓦的郊區(qū)。CERN主要研究物質(zhì)是怎樣構(gòu)成的，以及是什么把它們結(jié)合起來(lái)的。CERN建有世界上最大的正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)LEP（Large Electron-Positron collider）和超級(jí)質(zhì)子同步加速器SPS(Super Proton Synchrotron)，如圖所示，大圓是LEP，周長(zhǎng)達(dá)到27公里，粒子能夠加速到每秒運(yùn)動(dòng)11000周，接近光速。小圓是SPS。與加速器配套的是四層樓高的粒子檢測(cè)器，用于對(duì)粒子性質(zhì)進(jìn)行分析。
來(lái)自全世界80多個(gè)國(guó)家、500多所大學(xué)及研究機(jī)構(gòu)的6500多名科學(xué)家（占全球粒子物理學(xué)家的一半）在CERN進(jìn)行各種各樣的實(shí)驗(yàn)。CERN自身?yè)碛懈鞣N各樣的技術(shù)支持人員，包括物理學(xué)家、工程師、程序員、技術(shù)人員、管理人員、工人等，他們負(fù)責(zé)建立各種復(fù)雜的設(shè)施并保障其正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在CERN完成的實(shí)驗(yàn)也是前所未有的，通常需要數(shù)百名科學(xué)家在巨大的設(shè)備上共同完成，一個(gè)實(shí)驗(yàn)晝夜不停，持續(xù)數(shù)月乃至數(shù)年。 順便說(shuō)一句，CERN同時(shí)也是萬(wàn)維網(wǎng)WWW(World Wide Web)的發(fā)源地。1990年，CERN的計(jì)算機(jī)科學(xué)家Tim Berners-Lee，為了方便分布于世界各地的高能物理學(xué)家之間的協(xié)作，設(shè)想和開發(fā)了WWW客戶端和服務(wù)器端，還定義了URL、HTTP、HTML等。正是由于Tim等人的貢獻(xiàn)，Internet才變成了大家今天所習(xí)慣的模樣。 |
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