1簡介

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2010年11月，位于瑞士和法國邊境的歐洲大型強子對撞機(LHC)里，一項由全球30多個國家100多個科研機構的上千名科學家參與的實驗啟動。兩束鉛離子的亞原子粒子在強大磁體作用下，朝相反方向，以接近于光速的速度在這個長達27公里的“巨無霸”環(huán)形隧道內“狂飆”，最終撞擊在一起，產生出據說是137億年前宇宙大爆炸剛剛發(fā)生后百萬分之幾秒內才有的，高達10萬億攝氏度、相當于太陽核心溫度100萬倍的高溫，和一團類似液體的被稱為夸克-膠子等離子體的物質。這意味著宇宙大爆炸成功迷你再現(xiàn)，宇宙最初為氣態(tài)的說法由此被顛覆

2實驗信息

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   大型強子對撞機共有4臺探測器構成，它們分別安裝在環(huán)形隧道的4個地下巨洞內，分布在大型強子對撞機周圍。其中，ALICE探測器高16米、寬26米、重約1萬噸。來自全球30個國家100個科研機構的大約1000位物理學家和工程師參與了ALICE實驗。英國方面有8位物理學家和工程師以及7名來自伯明翰大學的博士生參與了這個項目。在鉛原子核撞擊期間，ALICE探測器以每秒1.2千兆字節(jié)的速度下載數據，生成相當于300萬張CD存儲的信息。

 '夸克與膠子等離子體’-內部結構模型圖  ALICE離子對撞實驗項目英國小組成員、伯明翰大學物理學家戴維·埃文斯博士說：“我們對這一成就激動萬分。對撞實驗產生了迷你版本的宇宙大爆炸以及在實驗中取得的有史以來的最高溫度和密度。這個過程發(fā)生在一個安全、可控的環(huán)境內，生成了熾熱和稠密的亞原子火球，溫度超過10萬億度，即太陽核心溫度的100萬倍。在這一溫度下，連構成原子核的質子和中子也被融化了，產生稱為'夸克與膠子等離子體’的熾熱而稠密的夸克與膠子湯?！?/p>

  強大的磁體令鉛離子以接近于光速的速度在地下數百英里的隧道內高速運轉。鉛離子以相反兩個方面飛行，最后聚焦變成一個狹長的光束，被迫在ALICE探測器內撞擊?？茖W家希望，通過夸克與膠子等離子體，可以讓他們對強作用力有更多的了解。強作用力是自然界存在的四種基本作用力之一。

  埃文斯說：“強作用力不僅使原子核牢牢地綁定在一起，而且還對它們98%的質量負責。我現(xiàn)在期待著研究大爆炸發(fā)生后瞬間構成宇宙的一小部分物質。”ALICE探測器是大型強子對撞機的組成部分。大型強子對撞機是世界上最大、能量最高的粒子加速器，旨在探究宇宙起源，它建在法國與瑞士邊境地下一條16.7 英里(約合27公里)長的環(huán)形隧道內，由歐洲核子研究中心(Cern)負責管理。

  大型強子對撞機共有4臺探測器構成，它們分別安裝在環(huán)形隧道的4個地下巨洞內，分布在大型強子對撞機周圍。其中，ALICE探測器高16米、寬26米、重約1萬噸。來自全球30個國家100個科研機構的大約1000位物理學家和工程師參與了ALICE實驗。英國方面有8位物理學家和工程師以及7名來自伯明翰大學的博士生參與了這個項目。在鉛原子核撞擊期間，ALICE探測器以每秒1.2千兆字節(jié)的速度下載數據，生成相當于300萬張CD存儲的信息。

3意義

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   嚴格意義上說，大型強子對撞機(LHC)沒有重現(xiàn)大爆炸，但它確實成功重現(xiàn)了大爆炸發(fā)生后極短時間內宇宙小范圍的情形。

   從現(xiàn)在開始，LHC設備的運行進入了一個新階段。即對潛在的新物質狀態(tài)進行探索。迄今為止，LHC設備就像是一臺超級顯微鏡，通過實現(xiàn)粒子間的高能對撞，從而探索物質的最基本結構。在接下來的幾周內，LHC設備將繼續(xù)進行鉛原子核的高能對撞實驗，每次對撞都將包含大量粒子，實驗的目的是了解在大量粒子同時發(fā)生高能對撞的情況下將會出現(xiàn)什么新現(xiàn)象。

   理論物理學家們對此進行了預言：他們認為在LHC鉛原子核對撞實驗中產生的超高密度和壓力條件下，將出現(xiàn)一種新的物質態(tài)——夸克-膠子等離子體。在這種物質態(tài)中，物質的最基本粒子：夸克和膠子，將脫離核子(質子、中子等)，這很類似在等離子電視機中電子從原子中脫離開一樣。我們觀看等離子電視，其實就是看到了這些逃逸的電子構成的電磁等離子體發(fā)出的光。類似的，“大型離子撞擊試驗探測器”(ALICE)和LHC設備將用于“觀看”鉛核高能對撞時發(fā)出的粒子，從而尋找證據，來驗證或推翻現(xiàn)存關于夸克-膠子等離子體的理論。

   這些實驗將提供探索基本物理理論的途徑，包括一些由弦理論提出的觀點。還可能對于宇宙的早期演化研究提供新的線索。宇宙學家們認為，如果夸克-膠子等離子體真的存在，那么極早期宇宙——大爆炸后不超過1微秒(1百萬分之一秒)中應當充斥著這種物質狀態(tài)。因此從這一角度看，此次的實驗將對這一階段的宇宙演化提供新的研究線索，從而影響對宇宙后續(xù)演化理論的研究。

   等離子物理學家們的觀點是否正確呢？弦理論是否正確呢？宇宙學家們是否正確呢？LHC實驗將提供一些答案。