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世界最大对撞机将制造宇宙最低温度

发布时间:2020-03-23 13:12:43 阅读: 来源:压力机厂家

据英国广播公司报导,在法国和瑞士边界下面的隧道修建的大型强子对撞机(LHC)正在制造一个宇宙中最冷的地方,它将进入把温度下降到1.9绝对温标(零 下271摄氏度,或零下456华氏度),目前已进入实现这1目标的最后阶段.这个目前世界上最大的对撞机具有数千个磁体,它能利用液态氮保持这类寒冷的 低温环境.这些磁体排列成环形,沿着巨大的隧道延伸27千米.一旦大型强子对撞机开始运行,两条粒子束流(通常由高能量加速的质子组成)将向下发射到那些 穿过磁体的管子里.然后这些光束将以光速围绕主环向相反方向运行.

名为“Alice”的探测器是大型强子对撞机圆形隧道周围4个巨型探测器中的一个。

重1.25公吨的Alice

Atlas是一台巨型数字照相机,能够拍摄质子间6亿次碰撞的照片——大型强子对撞机有能力让质子在1秒钟内完成6亿次碰撞。

安装Atlas最后部件

在隧道上的限定点,这些光束将相互交叉,通过激变的能量彼此相互撞击.科学家希望在这些碰撞产生的碎片中发现新粒子,以便进一步了解宇宙的自然状态和它是如何产生的.大型强子对撞机是有史以来制造的最强大的物理实验仪器,它将重新产生宇宙大爆炸后的自然环境.到目前为止,大型强子对撞机的8个部份中已有6个的温度到达4.5到1.9绝对温标之间的温度,不过在最后几个月的某个阶段,这个对撞机的所有部份的温度都将下降到1.9绝对温标以下.与之相比,遥远外空的温度大约是2.7绝对温标(零下270摄氏度或零下454华氏度). 洛博托·萨伯恩领导了大型强子对撞机的电子元件试运行工作,他表示,为了在没有太大能量的情况下取得高磁场,这些磁体必须具有“超导性”.一些材料在温度非常低的环境下表现出的这类特性,能确保在零电阻和功率消耗非常低的情况下输送电流.氦在2.2绝对温标表现出惊人特性,因此成为“超流体”.这类特性让它能迅速传导热量,成为极为有效的制冷剂.萨伯恩解释说,至今还没有范围如此庞大的物理装备能在如此低的温度下运行.但是这个电子仪器是一种预示. 他说:“对这个机器的试运转,我们具有非常系统的方法,这些方法是通过从模型中取得经验,经过非常当心的设计产生的.我们的座右铭是:科学没有捷径.改变现在非常寒冷的一个成份,就像把它从月球上带回地球.它需要大约3到4周时间进行加热.然后用1或2周进行转变.然后又需要3到6周时间再次降温.因此可想而知,我们犯下一个毛病,就会白白浪费3个月时间.”目前大型强子对撞机的两个部份没有到达要求的低温,因此实验没法继续进行.这些部份内控制低温系统的电子将被转移到一个区域,该区域能更好地屏蔽粒子,避免它们在碰撞期间从这台机器中射出. 这个环中的一个部份将像大型强子对撞机运行和输送光束一样运转.通过这种方法,科研组成员能对软件和硬件进行调试,并取得周期运行操作的经验.大型强子对撞机的磁体还必须经历电实验.该机器的每一个部份大约包括200个电路.每一个电路可能由154个磁体或1个磁体构成.研究人员将对它们进行测试,以肯定它们处理非常高的电流(高达1.2万安培)的能力.萨伯恩说:“我们给每一个电路供能,确保它能在计划的电流范围内正常运行.但是首先我们必须检查它周围的保护系统(用来发现可能会出现的熄灭现象)是不是能依照预计结果运行.”一些部份的磁体开始加热时会产生熄灭现象,以便阻挠电流通过.工程师已制成了一个恢复系统,它能在这些现象对磁场产生影响,改变环状物周围的粒子方向,并切断循环光束前发现这些熄灭现象. 这台机器的制冷器将再用2周时间才能完成,目前没发现严重问题.对这台机器进行电流测试另外需要两周时间.在大型强子对撞机第一次“接通”前,质子光束将通过一个被称作喷射器的粒子加速器到达高能状态.一旦这台机器的温度下降,操作员将把光束发射到主环内,迫使它们通过每个独立部份,直到断开电路.研究人员利用一个定时系统(或称同步系统),确保每一个部份都能像一个独立机器一样运行.大型强子对撞机接通后,它能在5万亿电子伏特的高能下运行.冬季它将被关闭,以便这些磁体能被“训练的”可以在7万亿电子伏特的高能下处理光束.

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