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      大型強子對撞機再次重啟,助力尋找神秘的暗物質

      2022-04-27 09:55:21來源:快科技 閱讀量:25772

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      導讀:近日,大型強子對撞機(LHC)歷經3年的維護和升級后再度重啟,兩束注入能量 450 GeV 的質子束在 27公里長隧道內發射。
        近日,大型強子對撞機(LHC)歷經3年的維護和升級后再度重啟,兩束注入能量 450 GeV 的質子束在 27公里長隧道內發射。
       
        大型強子對撞機的工作原理是將原子粉碎,再將它們分離,尋找存在其中的亞原子粒子,觀察亞原子粒子是如何相互作用的。
       
        2019年,歐洲核子研究組織(CERN)關閉了大型強子對撞機,進行維修升級,提高儀器的靈敏度,使其更好地完成任務。
       
        這將使研究人員以更高分辨率觀察原子內部——每秒捕獲數據3000萬次。
       
        啟動長度27公里的對撞機環狀隧道是一個復雜過程,要求一切像“管弦樂隊一樣”協調工作,特別是受疫情的特殊時期。
       
        負責大型強子對撞機控制室操作的任德·斯特恩伯格(Rende Steerenberg)解釋稱,這不是簡單地按下一個按鈕,操作時會有緊張感和神經過敏,畢竟潛在著許多故障因素,例如:隧道里的障礙物和磁鐵等問題。
       
        粒子物理學家希望升級大型強子對撞機之后能有助于發現一種新的基本自然力,在四種基本自然力(引力、電磁力、強力和弱力)之外的一種新自然力,并有助于解釋宇宙謎團。
       
        研究人員稱,另一個希望是,重啟大型強子對撞機將有助于尋找神秘的暗物質。
       
        暗物質是宇宙非可見物質,構成了已知宇宙的大部分。
       
        盡管大型強子對撞機已重新啟動,但研究人員仍面臨著潛在威脅,其中包括:隧道中可能存在障礙物,由于大型強子對撞機的8個組成部分現已被冷卻至1.9開氏溫度(相當于零下271攝氏度),容易導致材料收縮變形。
       
        同時,在大型強子對撞機隧道中,利用數千塊磁鐵將數十億粒子集中在緊密的質子束難度較大。
       
        斯特恩伯格稱,大型強子對撞機的工作方式有點像“管弦樂器”,為了確保質子束在隧道中穿行,所有磁鐵必須在正確時間發揮正確作用,完成正確的任務。
       
        4月22日,粒子自2018年12月以來首次穿過27公里長的對撞機環狀隧道,然而,大型強子對撞機需要6-8周才能達到全速,那時點質子碰撞將再次出現。
       
        歐洲核子研究中心質子束部主任羅德里·瓊斯(Rhodri Jones)說:“這些質子束以注入能量的方式循環,并包含相對少量的質子,高強度、高能量碰撞還需要幾個月的時間,但首個質子束釋放代表著科學家經歷長期封閉的艱辛努力后,大型強子對撞機成功重啟。”
       
        2010-2013年,歐洲核子研究中心研究人員觀測到的大型強子對撞實驗證明了長期尋找希格斯玻色子的存在,以及與希格斯玻色子相連的能量場,科學家認為該粒子對137億年前大爆炸后宇宙誕生過程至關重要。
       
        然而,粒子物理學家仍有許多未解謎團需要探索發現,最新升級大型強子對撞機將比以往任何時候更深入地觀察隱藏的量子領域。同時,通過理解暗物質,還可能有助于發現更多的宇宙秘密。
       
        宇宙中的暗物質被認為是普通物質的5倍,但不吸收、反射和釋放光,迄今為止科學家仍未探索到暗物質存在的確鑿證據。斯特恩伯格說:“我們將大幅增加粒子碰撞次數,從而也將增大獲得新發現的可能性,目前大型強子對撞機將處于操作狀態,2025-2027年將再次關閉。”
       

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