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大型强子对撞机的粒子加速器是如何工作的?


大型强子对撞机的测试和维护(图片:Anna Pantelia/CERN)

大型强子对撞机(LHC)

核子研究中心的大型强子对撞机(LHC)是世界上最大,也是最强大的粒子加速器。它于2008年9月10日开始工作,并且仍然是 CERN(欧洲核子研究组织)加速器综合体的最新成员,该组织位于法瑞边境的日内瓦附近。

大型强子对撞机由一个27公里长的超导磁体环组成,具有不同的加速结构,以增加沿途粒子的能量。一旦通电,LHC以接近光速的速度发射质子和离子束。大型强子对撞机使这些光束相互碰撞,然后记录碰撞产生的事件。

这个项目是有史以来最雄心勃勃和最强大的粒子加速器。来自数百个国家的数千名科学家一起工作,并相互竞争以取得新的发现。

沿着大型强子对撞机周边的六个站点为不同的实验收集数据。其中一些经验是重叠的,科学家们正在努力成为第一个发现重要新信息的人。


大型强子对撞机结构化项目图片(图片:CERN/Disclosure)

LHC粒子加速器的目的是什么?

大型强子对撞机的目的是为了增加人类对宇宙的了解。虽然科学家们的发现可能会导致未来的实际应用,但这并不是科学家和工程师建造大型强子对撞机的原因。

它是一台旨在增加我们理解的机器。鉴于大型强子对撞机耗资数十亿美元,需要许多国家的合作,缺乏实际应用可能会让 "企业家 "感到惊讶。

大型强子对撞机允许科学家重现大爆炸后十亿分之一秒内存在的条件,其中高能质子或离子束以接近光速的巨大速度碰撞。

这就是大约137亿年前的确切时刻,据信宇宙是以能量和物质的爆炸开始的。在这些最初的时刻,构成我们现实的所有粒子和力量都出现了,定义了我们现在看到的东西。


研究银河系的起源是LHC的主要目标(图片:Tengyart/Unsplash)。

它是如何工作的?

为了帮助理解这个机制是如何工作的,让我们再来解释一下,LHC并不是单独存在的,它是一个研究三位一体的一部分。其他两个成员是。

• 探测器:四个主要探测器分别位于大型强子对撞机周围的巨大隔间中,用于探测粒子碰撞的结果。它们的名称是。ATLAS、ALICE、CMS和LHCb。

• LHC全球计算网络(WLCG):由处理所有LHC探测器记录的数据块所必需的计算机和软件组成的一个全球网络。

LHC具有全球范围,因为该项目得到了一个庞大的国际科学家和工程师群体的支持。代理人在世界各地的多国团队中工作,建造和测试设备和软件,并参与实验或数据分析。

英国在该项目中发挥着重要作用,科学家和工程师参与了所有主要的实验。

LHC的投资是多少?

真正巨大的LHC的投资约为37.4亿欧元。事实上,其中大部分是为加速器设计的。具体数字如下。

• 加速器:30亿欧元

• 实验:7.28亿欧元;

• 电脑:1700万欧元。

总费用主要由欧洲核子研究中心的20个成员国分担,六个观察员国也作出了重大贡献。

LHC 111项目涉及设计、建造和测试设备和软件,现在以上各国一起参与实验和数据分析。各国的参与程度不尽相同,因为有些国家能够比其他国家贡献更多的财政和人力资源。这项研究宇宙起源的项目关乎世界各地。


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