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对撞机有什么用处(什么是对撞机?)

时间:2024-08-07 11:30:44


了解对撞机之前,我们先要知道一下什么是粒子。

粒子,是指能够以自由状态存在的最小物质组成部分。世界上所有的东西,一切生命存在的形式,都是粒子构成的,简单的理解就是指粒子是构成一切物质实体的基本成分

从最早的原子、电子和质子等等都属于基本粒子,而在现今所发现的粒子种类超过了几百种。而我们所关心用对撞机来撞的粒子主要是质子和电子。



至于我们要建设的对撞机可以说是电子对撞机,那么为什么要建设一个机器让电子相撞呢?

因为在超过上百种的粒子中,还有很多粒子成员难以让科学家发现,哪怕我们周围都是电子,要找出其它粒子比挖矿还难,如果让两个电子以接近光速的速度对撞,就能更容易发现它们。

用狭义相对论的方式来解释就是,当物体的速度达到光速级别时,其质量就会变得无穷大,冲击力也就越大,这种质量也就是物体爆发的能量;所以当电子接近光速运动时,质量变大,其能量同样是成正比的变大。


当两个电子以光速对撞,藏在电子中的能量就会释放出来,重新转换成质量,而这些质量就会给到新的粒子。简单的理解就是,两个电子同归于尽撞碎了,随后碎片重新组合了,而其中部分碎片组成了新的粒子。

科学家正是利用对撞的方式,发现了众多新粒子,其中一个粒子就是被科学家称之为“上帝粒子”的希格斯粒子。


2013年,科学家利用质子对撞最终确定了希格斯粒子,其对撞原理与电子对撞相同。

但是研究希格斯粒子多年,科学家在科研上并未取得实质性进展。于是中国的科学家就提议,在地底下建造一个100公里周长的环形对撞机,专门研究“上帝粒子”。


为什么一定要在地下建造对撞机?

有人说《闪电侠》里面的粒子加速器不是可以建在城市中心的外面吗,其实电视剧是为了观众知道剧情的原理和视觉效果,当然是要把对撞加速器建在外面。

加速对撞机之所以要建在地下,是因为电子很娇气,宇宙中的辐射和大气中的分子都会影响它们的稳定。把对撞机建造在地下可以防止辐射,同时真空状态的对撞机还可以防止空气中的分子与电子相撞,影响实验效果。


为什么一定要环形轨道呢,而且还要周长100公里,挖直道不是更方便快捷吗?

比如在田径比赛中,跑直线100米肯定会比跑环形100米的速度要快,因为你在转弯的过程会损失部分的能量加速,所以当电子在做跑圈圈时同样也会有部分能量被损失,科学家把这部分损失的能量叫做同步辐射。

虽然同步辐射会损失电子自身的能量,但同步辐射对科学研究利大于弊,因此对撞机均采用环形轨道。

表面上看直线比环形更方便快捷,可是当我们把环形建造成100公里长,分成100个1公里看起来就像是直线了。就好比我们绕圈跑400米一看是圆形的,而我们去跑40公里的绕圈马拉松怎么跑感觉都是直的。这也是建造100公里,而不建造10公里的原因。

对撞机听起来高精尖很高大上,为什么有人提议出来,杨振宁要反对呢?

提议支持建造对撞机的一派表示,如果掌握了“上帝粒子”的性质,可以完善粒子物理的标准模型。对于这种大规模对撞实验,我们的抽真空技术、超导(拐弯)磁铁技术、微波(加速)技术都可以做到,并且对撞机的技术应用可以有益于我们在相关领域的升级研究。


目前世界上最大的对撞机在瑞士,是轨道周长27公里的质子对撞机,正是这台对撞机发现了希格斯粒子。假如我国建成了世界最大的对撞机,除了实验效果倍增,还能吸引更多的科研人才过来。

建造对撞机虽然跟我们吃瓜群众没有关系,我们安分守己的交税也算是支持,只是没资格去反对,但是有资格的杨振宁站出来反对了。


反对的最主要原因就是太贵了,100公里,环形,还是在地下,保守预算也是上千亿。如果花上千亿建造一台对撞机,不但会压缩其它领域的科研经费,而且在未来几十年内对撞机的研究成果,并没有实际的科学应用。

作为超级大国的美国都终止了对撞机的建设,与其花千亿研究一个粒子,不如把经费用在更值得花钱的项目,这也是反对的主要声音。