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3年后 大型强子对撞机再次重启:寻找“第五种自然力”

4月22日,大型强子对撞机(LHC)历经3年的维护和升级后再度重启,两束注入能量 450 GeV 的质子束在 27公里长隧道内发射。

大型强子对撞机的工作原理是将原子粉碎,再将它们分离,寻找存在其中的亚原子粒子,观察亚原子粒子是如何相互作用的。

2019年,欧洲核子研究组织(CERN)关闭了大型强子对撞机,进行维修升级,提高仪器的灵敏度,使其更好地完成任务。

3年后 大型强子对撞机再次重启:寻找“第五种自然力”
大型强子对撞机实验状况

这将使研究人员以更高分辨率观察原子内部——每秒捕获数据3000万次。

启动长度27公里的对撞机环状隧道是一个复杂过程,要求一切像“管弦乐队一样”完美协调工作,特别是受新冠疫情的特殊时期。

负责大型强子对撞机控制室操作的任德·斯特恩伯格(Rende Steerenberg)解释称,这不是简单地按下一个按钮,操作时会有紧张感和神经过敏,毕竟潜在着许多故障因素,例如:隧道里的障碍物和磁铁等问题。

粒子物理学家希望升级大型强子对撞机之后能有助于发现一种新的基本自然力,在四种基本自然力(引力、电磁力、强力和弱力)之外的一种新自然力,并有助于解释宇宙谜团。

研究人员称,另一个希望是,重启大型强子对撞机将有助于寻找神秘的暗物质。

暗物质是宇宙非可见物质,构成了已知宇宙的大部分。

尽管大型强子对撞机已重新启动,但研究人员仍面临着潜在威胁,其中包括:隧道中可能存在障碍物,由于大型强子对撞机的8个组成部分现已被冷却至1.9开氏温度(相当于零下271摄氏度),容易导致材料收缩变形。

同时,在大型强子对撞机隧道中,利用数千块磁铁将数十亿粒子集中在紧密的质子束难度较大。

斯特恩伯格称,大型强子对撞机的工作方式有点像“管弦乐器”,为了确保质子束在隧道中穿行,所有磁铁必须在正确时间发挥正确作用,完成正确的任务。

4月22日,粒子自2018年12月以来首次穿过27公里长的对撞机环状隧道,然而,大型强子对撞机需要6-8周才能达到全速,那时点质子碰撞将再次出现。

3年后 大型强子对撞机再次重启:寻找“第五种自然力”
美夸克实验μ介子系统部分

欧洲核子研究中心质子束部主任罗德里·琼斯(Rhodri Jones)说:“这些质子束以注入能量的方式循环,并包含相对少量的质子,高强度、高能量碰撞还需要几个月的时间,但首个质子束释放代表着科学家经历长期封闭的艰辛努力后,大型强子对撞机成功重启。”

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