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欧洲核子研究中心提出“太空电梯”加速器

垂直加速器 CERN 反物质
发布:2021-04-02 14:39:50    

“反物质苹果会掉下来吗?” 这个问题肯定会加剧物理学家为欧洲核子研究组织(CERN)提出的新型垂直加速器的研究工作。他们说,真正的问题是反物质苹果的下落是否有所不同。如果发现差异,则将意味着“ CPT不变性”的终结-自量子力学发明以来,这一原理已成为所有物理理论的基础。

“粒子物理学的标准模型已经非常成功,但是它不能解释宇宙中95%的黑暗”,自此以后,爱因斯坦和任何物理学家都未能提出量子引力的工作理论, ”理论家Flora Oilp说。“是时候直接挑战其最基本的原则了。”

据奥伊普和她的同事们说,前进的道路是建造一个垂直加速器,该加速器将直接对重力进行测试。以前的每个粒子加速器都是水平的。高速和使用聚焦磁铁的频繁航向校正相结合,始终意味着可以忽略重力的影响。但是,通过利用一系列新的革命性技术,包括加速真空容器内部的粒子向上运动并确定粒子落回地球所需的时间,物理学家可以直接研究难以捉摸的第四力。此外,通过将结果与质子和反质子进行比较,他们可以观察到“违反CPT”的迹象。不能使用传统理论来解释这种行为,传统理论依靠这一原理来确保概率的守恒。

加速器将分两个阶段构建。第一阶段提出从LHC竖井的底部开始的500 m垂直加速器。通过每次使用国际空间站(ISS)上的探测器来探测加速器发射的粒子束,与NASA的令人兴奋的合作就可以实现。这项“反向宇宙射线”实验将可以前所未有的水平测量粒子轨道上的地球重力。第一阶段将力求使重力常数“ g”的测量精度达到大约1%,目前,实验室反物质工厂的抗氢实验同时将其作为目标。。这种适中的构造还将使工程师和物理学家能够了解为第二阶段(太空电梯)做准备而运行垂直加速器的复杂性。


 

与类似高度的建筑物相比,EIFFEL第一阶段的高度。随着加速器在LHC竖井深175 m处开始,EIFFEL的高度实际上可以与它的同名艾菲尔铁塔相媲美。图片:D.Dominguez / CERN)

真正的太空电梯由俄罗斯科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基(Konstantin Tsiolkovsky)于1895年首次提出,它将从赤道升至35786公里的高度-对地静止轨道的高度。欧洲核子研究组织提议的结构要适度得多,仅在瑞士乡村上方2.5公里处上升。但是,如果建造这种先进的粒子加速器,它的高度将是迪拜塔哈利法塔的三倍,迪拜塔是自2009年以来世界上最高的建筑物。每束质子和反质子都需要被送入所谓的质子和反质子中。 “径向椭圆形轨道”,以使它们返回到发射时的同一点,并要求沿途进行微小的横向聚焦。

尽管技术挑战非常艰巨,但与工业和医学应用的联系很有前途,并且这种机器的物理作用引人注目。尽管乍一看看上去有些古怪,但该设计的主要优势在于其灵敏度会随着高度的增加而迅速扩展。随着该项目最终上升到2.5 km(据认为在结构上可以达到的最大高度)的要求,CPT不变性可以非常精确的方式进行测试,接近0.005%。

“天空是极限!” CERN的皮拉尔奥洛夫,谁是最近当选为新电梯启发的快速费米子末端向前直线加速器合作(EIFFEL)的一位发言人表示。“最近几年出现了关于下一个加速器是线性还是圆形的争论,但是现在正在建立一个共识,即它应该是垂直的。我们等不及世界看到艾菲尔铁塔了。”

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