离子对撞机

离子对撞机是一种用于加速强子的高能物理装置。强子是由夸克组成的粒子，包括重子和介子推。在已知的强子中，质子和中子是最稳定的，但由于中子不带电，无法进行加速，因此实际操作中主要使用质子作为加速对象。目前，世界上最先进的离子对撞机是位于日内瓦的大型强子对撞机（LHC），它能够使质子-质子在14TeV的质心能下对撞。

外观

大型强子对撞机的磁体高达16米，长度和宽度均超过10米，重量达到1920吨。为了安装这个庞然大物，工程师们设计了一套特殊的吊装系统，使用四根粗钢缆和液压顶泵将其缓慢放入隧道。该隧道是一条长达27公里的环形隧道，旨在加速粒子并使其相撞，以创造类似于宇宙大爆炸初期的状态。在高能物理实验中，粒子加速器和探测器是必不可少的工具。探测器负责检测碰撞产生的微小粒子，并记录其能量、质量和其它相关信息。LHC上有四个对撞点，每个点都配备了一个探测器，其中包括著名的CMS探测器。

安全争议

大型强子对撞机自建设以来遭遇多次挑战，最近一次是在2008年，当时两名美国公民提起诉讼，要求延迟LHC的启动时间，因为他们担心LHC可能会产生危险的粒子或微型黑洞，从而危及地球的安全。然而，CERN的代表詹姆斯·吉莱斯驳斥了这些担忧，强调LHC的研究价值，并指出类似的担忧也曾出现在美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机（RHIC）的建设过程中，但并未阻止RHIC的成功运行。此外，他还提到，自然界的宇宙射线撞击事件远高于LHC所能达到的能量水平，但并没有造成任何危害。

数据亮点

大型强子对撞机自1980年首次提出概念以来，历时近三十年，终于在2008年9月正式投入运行。该项目创造了多项数据纪录，包括：

- 世界上最大的机器，位于瑞士、法国边境地区地下100米深处的环形隧道，总长26.659公里。

- 地球上速度最快的“轨道”，粒子流可在隧道内以每秒11,245圈的速度运行，相当于光速的99.99%。

- 太阳系中最“空旷”的区域，粒子流在超高真空环境中运行，气压低至10的负13次方个标准大气压，比月球表面的大气压还小10倍。

- 同时拥有最高温和最低温的机器，对撞时产生极高温度，可达太阳核心温度的10万倍；而在正常工作中，加速腔的温度降至零下271.3摄氏度（1.9开），比太空中更寒冷。

- 全球最强大的超级计算机系统，每年收集的数据量庞大，需要全球数千乃至数万台计算机通过分布式计算网络进行分析。

希格斯玻色子

希格斯玻色子是粒子物理学领域的重要目标，被视为“圣杯”。它是“标准模型”理论中最后一个尚未被直接观测到的基本粒子，对于理解物质质量的来源至关重要。LHC的设计初衷就是希望通过高速粒子束的对撞，重现宇宙大爆炸后的早期状态，以便更好地研究希格斯玻色子和其他基本粒子的行为。

参考资料

中国极化电子.万方数据.2024-10-24

量子力学 - 大型粒子对撞机.豆丁网.2024-10-24

相对论重离子对撞机.豆丁网.2024-10-24