
編者註:在本每週系列中,LiveScience探討了技術如何推動科學探索和發現。
粒子物理學家的工作最酷:以瘋狂的速度將亞原子顆粒粉碎在一起,以揭開宇宙的奧秘。
原子粉碎機,或粒子加速器,與原子或其他亞原子顆粒碰撞顆粒接近輕速,創建新的粒子和輻射,以告訴科學家有關物質的基礎。
伊利諾伊州巴達維亞的費米國家加速器實驗室(Fermilab)加速器部門負責人羅傑·迪克森(Roger Dixon)說:“我們的目標始終是了解世界的建立方式。”
當人們談論原子粉碎時,他們通常是指世界各地地下物理實驗室中的巨型粒子加速器。但是實際上,一些電視甚至是粒子加速器。 “ The Tube”一詞從陰極射線管,真空管中獲取其名稱,這些真空管在熒光屏幕上射擊電子束。電子與屏幕上的磷酸分子碰撞,產生光點或像素。
巨型原子粉碎機以類似的原則運行,但規模更大。如愛因斯坦著名的E = MC^2方程所描述的那樣,顆粒傳播的速度更快,碰撞會產生更多的亞原子顆粒和輻射 - 將能量轉化為質量。 [古怪物理:自然界中最酷的小顆粒這是給出的
粒子加速器採用兩種形式:線性加速器以直線向目標發送顆粒,而圓形加速器或同步加速器將粒子發送在圓形軌道上攪動的顆粒。
主要參與者
世界上最大,最強大的加速器是大型強子對撞機(LHC)在日內瓦的Cern的同步器。 LHC蛇在法國 - 瑞士邊界的下方埋葬了574英尺(175米),周長17英里(27公里)。地下屏蔽了加速器免受宇宙輻射的影響,宇宙輻射會產生使實驗混淆的流浪顆粒。
在LHC內部,兩條質子梁朝相反的方向圍繞隧道鞭打,並由許多射頻腔加速。邁爾斯說,腔體與顆粒朝著相同的方向產生電場,使顆粒的能量在放大時踢了一腳。
每個光束都在自己的管子中行進,該管保持在超高真空(比月球表面低的氣壓)處。光束由8.3 tesla超導電磁體引導,大約是地球磁場強度的100,000倍。使用世界上最大的低溫系統,將磁鐵冷卻至2 kelvin或-456華氏度(-271 C)。 [照片:世界上最大的原子粉碎機(LHC)這是給出的
當加速質子碰撞時,檢測器“請參見”它們產生的顆粒和輻射。
科學家使用LHC在大爆炸之後立即重新創建條件。 2012年7月,LHC在科學家報導發現發現時引起了國際關注希格斯玻色子,粒子想解釋了其他粒子如何獲得質量。
CERN加速器和技術主任史蒂夫·邁爾斯(Steve Myers)說:“我們不會在這裡,我們不會有群眾,我們將不存在。”邁爾斯說,發現這是“就像在一百萬個草堆裡尋找針頭。” [畫廊:搜索希格斯玻色子這是給出的
LHC於2013年關閉以升級其光束能量,併計劃在2015年初重新開放。
在美國,費米拉布(Fermilab)擁有世界第二大粒子加速器Tevatron。之前2011年關閉,Tevatron是第一個使用超導電磁體的加速器,並用於發現一種新的亞原子粒子,稱為頂部夸克。
費米拉布(Fermilab)對Tevatron的主要注射器仍在運行,科學家使用它將中微子或很少與正常物質相互作用的幽靈顆粒發送到明尼蘇達州455英里(732公里)的地下礦山。 Fermilab的主要噴油器是連接的粒子加速器鏈的一部分,這些加速器(用於導致)到Tevatron。它加速了被送入tevatron的質子和抗植物。
將來,費米拉布(Fermilab)的工程師希望製造一個線性加速器,該加速器使用超導射頻腔,這是金屬室,它們會產生將顆粒加速至高能的電場所需的電場。
目前正在運行的唯一美國粒子對撞機是相對論重離子對撞機(RHIC)在紐約州厄普頓的布魯克黑文國家實驗室
費米拉布(Fermilab)的加速器部負責人迪克森(Dixon)說,這些機器“只不過是手電筒越來越強大的手電筒”。迪克森說:“當您使能量越來越高時,您會看到物質的細節以及如何將其放在一起。”
其他加速器
如果LHC和Tevatron是加速器世界的航天飛機,在TERA(萬億)電子伏特範圍內運行,則GIGA(億萬)電子伏特(GEV)加速器是乘客平面。
以2英里(3.2公里)的長度以2英里(3.2公里)長的Stanford線性加速器或SLAC,SLAC的主要線性加速器是世界上最長的。它使用射頻離子源產生電子,以加速電子和正電子(電子的反物質對應物)高達50 GEV。
但是,這些加速器受到在遭受電氣故障之前可以施加的電壓的限制。現在,德克薩斯大學奧斯汀分校和其他地方的研究人員正在開發一種完全不同的加速器 - 可以適合桌面。
這些桌面加速器在氦氣中脈動激光器以產生等離子體,等離子體是一種高能狀態,其中原子被剝離了電子。 UT Austin團隊負責人邁克爾·唐納(Michael Downer)表示:“從定義上講,血漿已經被分解,並且完全受到材料的破壞,因此沒有故障限制。”
就像一條船在水中醒來時一樣,激光束在血漿中醒來,並且電子在此尾流中“衝浪”加速。使用Downer的系統,可以將電子提升到2 GEV,這將需要兩個帶有常規加速器的足球場的能量。
在低得多的能量下,顆粒加速器通常用於醫學。粒子療法使用高能質子或其他顆粒的光束來治療癌症。
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