实在无法简单
大型强子对撞器(Large Hadron Collider,简称:LHC)是一座位于瑞士日内瓦近郊欧洲核子研究组织CERN的粒子加速器与对撞机,作为国际高能物理学研究之用。LHC已经建造完成,2008年9月10日开始试运转,并且成功地维持了两质子束在轨道中运行,成为世界上最大的粒子加速器设施。LHC预计将于2008年10月21日开始进行低能量对撞实验。LHC是一个国际合作计划,由全球85国中的多个大学与研究机构,超过八千位物理学家共同合力出资合作兴建。
LHC包含了一个圆周为27公里的圆形隧道,因当地地形的缘故位于地下50至150米之间。[1] 这是先前大型电子正子加速器(LEP)所使用隧道的再利用。隧道本身直径三米,位于同一平面上,并贯穿瑞士与法国边境,主要的部份大半位于法国。虽然隧道本身位于地底下,尚有许多地面设施如冷却压缩机,通风设备,控制电机设备,还有冷冻槽等等建构于其上。
加速器通道中,主要是放置两个质子束管。由于须维持前所未有高能量的粒子运行,加速管由超导磁铁所包覆,以液态氦来冷却。管中的质子是以相反的方向,环绕着整个环型加速器运行。除此之外,在四个实验碰撞点附近,另有安装其他的偏向磁铁及聚焦磁铁。
两个对撞加速管中的质子,各具有的能量为 5 TeV(兆电子伏特),总撞击能量达 10 TeV之多。(原设计为 14 TeV)每个质子环绕整个储存环的时间为 89 微秒 。因为同步加速器的特性,加速管中的粒子是以粒子团(bunch)的形式,而非连续的粒子流。整个储存环将会有2800个粒子团,最短碰撞周期为 25 纳秒 。在加速器开始运作的初期,将会以轨道中放入较少的粒子团的方式运作,碰撞周期为 75 纳秒,再逐步提升到设计目标。
在粒子入射到主加速环之前,会先经过一系列加速设施,逐级提升能量。其中,由两个直线加速器所构成的质子同步加速器(PS)将产生50 MeV的能量,接着质子同步推进器(PSB)提升能量到1.4GeV。而质子同步加速环可达到26 GeV的能量。低能量入射环(LEIR)为一离子储存与冷却的装置。反物质减速器(AD)可以将3.57 GeV的反质子,减速到2 GeV。最后超级质子同步加速器(SPS)可提升质子的能量到450 GeV。
在LHC加速环的四个碰撞点,分别设有五个侦测器在碰撞点的地穴中。其中超环面仪器(ATLAS)与紧凑渺子线圈(CMS)是通用型的粒子侦测器。其他三个(LHC底夸克侦测器(LHCb), 大型离子对撞器(ALICE)以及全截面弹性散射侦测器(TOTEM)则是较小型的特殊目标侦测器。
LHC也可以用来加速对撞 重离子,例如 铅(Pb)离子可加速到1150 TeV。
由于LHC有着对工程技术上极端的挑战,安全的确保是极其重要的。当LHC开始运作时,磁铁中的总能量高达100亿焦耳(GJ),而粒子束中的总能量也高达725百万焦耳(MJ)。只需要10−7总粒子能量便可以使超导磁铁脱离超导态,而丢弃全部的加速粒子可相当于一个小型的爆炸。
[编辑] 研究主题
一张描述LHC如何产生希格斯玻色子的费曼图。在图中,两个夸克各放射出一个W 及 Z 玻色子,进而融合成一个希格斯玻色子。
在CMS侦测器中希格斯玻色子衰变的模拟事例重建图。(event display)物理学家希望借由加速器对撞机来帮助他们解答下列的问题:
标准模型中所流行的造成基本粒子质量的希格斯机制是真实的吗?真是如此的话,希格斯粒子有多少种,质量又分别是多少呢? [2]
当重子的质量被更精确的测量时,标准模型是否仍然成立?
粒子是否有相对应的“超对称”(SUSY)粒子存在?
为何“物质”与“反物质”是不对称的?
有更高维度的空间(卡鲁扎-克莱因理论)存在吗?我们可以见到这启发弦论的现象吗?
宇宙有 96% 的质量是目前天文学上无法观测到的,这些到底是什么?
为何引力比起其他三个基本作用力(电磁力,强作用力,弱作用力)差了这么多个数量级?
http://commons.wikimedia.org/wiki/Large_Hadron_Collider?uselang=zh-cn参考资料:http://blogs.discovermagazine.com/cosmicvariance/2006/06/20/the-lhc-dashboard/