| Jiliang 的个人资料Snowblaze照片日志列表 | 帮助 |
强子对撞机可以解释什么?世界最大粒子加速器启动,耗资约536亿人民币,近80个国家和地区参与 2008年9月10日上午9时30分(北京时间10日15时30分),欧洲大型强子对撞机(LHC)启动,加速第一批质子,测试超导电磁体控制性能,为高速粒子对撞实验做准备。 大型强子对撞机2003年开始修建,将近80个国家和地区的2000多名科学家参与这一研究项目。这项耗资44亿英镑(约合人民币536亿)的实验其目的是重现宇宙大爆炸(宇宙起源)之后的情形并提供有关生命积木的重要线索。
耗电量=日内瓦所有家庭用电量 大型强子对撞机是世界最大的粒子加速器,建于瑞士和法国边境地区地下100米深处的环形隧道中,隧道全长26.659公里。 重演小型宇宙大爆炸,科学家将从中寻宝。一样是物理理论中令粒子拥有质量的“上帝粒子”。另一样是占宇宙百分之九十六却看不见的暗黑物质和暗黑能量,从数据推断出它们组成成分。第三样是由电荷相反的基本粒子组成的反物质,科学家相信宇宙诞生时正物质和反物质数量一样多,他们要探究之后没有反物质留下的原因。最后是高次元空间,如撞击后有粒子失踪,它们就可能进入隐藏的高次元空间。 对撞机“开足马力”后,能把数以百万计的粒子加速至将近每秒钟30万公里,相当于光速的99.99%。 据介绍,在一项长达10小时的实验中,粒子流每秒可在隧道内狂飙11245圈,粒子束的运行距离可能超过100亿公里(相当于66倍于太阳到地球的距离,已光的速度从太阳到地球大约需要8分半),足以在地球与海王星之间做个往返。大型强子对撞机将消耗120兆瓦特电量,相当于日内瓦所有家庭的用电量。 9个最大科学工程 强子对撞机居首 世界上出现了不少规模惊人的科学工程,以下9大工程中有些已投入运转,有些正在建造当中,有些则仍停留在制图板上。 1.大型强子对撞机(LHC) 大型强子对撞机被很多人称之为世界上规模最为庞大的科学计划。据悉,大型强子对撞机有望揭开所谓的“上帝粒子”之谜。 2.国际热核聚变实验反应堆(ITER)计划 这个世界上第一个示范级核聚变反应堆将建在法国南部,它将第一次实现持续核聚变反应。这个历时8年的庞大项目完成时,国际热核聚变实验反应堆在延长期内产生的电能可达到500兆瓦。 3.国际空间站 在2010年竣工时,国际空间站将成为有史以来最大的多国参与的太空项目。最终的国际空间站将太阳能电池板展开时的个头与一个足球场差不多。 4.澳大利亚“太阳塔” “太阳塔”技术是指利用太阳辐射加热空气进而发电。
5.气候变化模拟计划 气候变化模拟计划并不是向北极高纬度地区派遣研究船,或是分析一支或两个研究小组的遥感设备获得的数据,而是利用数千名志愿者的电脑在空闲时处理气候变化数据。 6.詹姆斯·韦伯太空望远镜 在美国宇航局准备让哈勃太空望远镜退役之时,它的继任者詹姆斯·韦伯太空望远镜将被送入距地150万公里的轨道。 詹姆斯·韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope,缩写JWST)是计划中的红外线观测用太空望远镜。作为将于2010年结束观测活动的哈勃太空望远镜的后续机,计划于2011年发射升空。但因哈勃太空望远镜的修补等延命措施的效果,故发射改期为2013年。系欧洲空间局(ESA)和美国宇航局(NASA)的共同运用计划,放置于太阳-地球的第二拉格朗日点。不像哈勃空间望远镜那样是围绕地球上空旋转,而是飘荡在从地球到太阳的背面的150万千米的空间。 7.“世界末日”种子库 “世界末日”种子库又称“诺亚方舟种子库”,如果在不远的将来灾难袭击地球,这个种子库可以提供濒危作物的种子。 8.太空梯 这项工程目的是把去往太空的人类征程带到新的高度——准确进入轨道。 9.ANTARES 水下中微子探测阵列 ANTARES(天文学中微子望远镜及地下环境探索计划)和它在南极的伙伴“阿曼达”和“冰立方”中微子探测器是一种朝下看的望远镜,而传统的望远镜是向上盯着星星看。
“迷你”黑洞不可能毁灭地球 高速粒子流对撞产生的巨大能量可能会产生“黑洞”,瞬间吞噬地球。 科学家解释说,首先,大自然可以产生比大型强子对撞机以宇宙射线形式产生的粒子的能量更高的次原子粒子。这些高能粒子通过太空中巨大的磁场和电场提供的能量获得加速度,数十亿年来,它们大量降落在地球上,很多时候它们试图吞噬地球,然而我们安然无恙。 第二,这些微型黑洞不仅仅是一些小黑洞,它们实际上只有亚原子大小,也就是跟电子或质子差不多大。这些微型黑洞很不稳定,它们很快就会垮塌。事实上这些黑洞是朝着相反的方向发展,喷出放射物,所以最终会消失得无影无踪,而不是不断吞噬物质,变得越来越大,最后吃掉地球。黑洞通过释放放射物最终消失这个过程,是由剑桥大学物理学家斯蒂芬·霍金提出来的。所以,这些次原子大小的黑洞会自然而然地自毁。一些评论人士称,这些微型黑洞可能会被地球重力场捕获,但是它们消失得太快,根本来不及对任何人造成危害。 第四,根据维尔纳·海森贝格的“不确定原理”,任何事情都有些微发生的可能性。因此大型强子对撞机或许会产生“火龙”。然而发生这种情况的概率非常小,也许在宇宙的一生中都不会有这种事情发生。 对撞机6大实验 利用大型强子对撞机(LHC)进行的6项实验都在国际合作的模式下完成。每一项实验都截然不同,这是由其使用的粒子探测器的独特性所决定的。 两项中型实验——ALICE(大型离子对撞机实验的英文缩写,以下简称ALICE)和 LHCb(LHC底夸克实验的英文缩写,以下简称LHCb)——利用特殊的探测器,分析与特殊现象有关的撞击。 另外两项实验——TOTEM(全截面弹性散射侦测器实验的英文缩写,以下简称TOTEM)和LHCf(LHC前行粒子实验的英文缩写,以下简称LHCf)——的规模就要小得多。它们的焦点集中在“前行粒子”(质子或者重离子)身上。在粒子束发生碰撞时,这些粒子只是擦肩而过,而不是正面相撞。 ATLAS、CMS、ALICE和LHCb探测器安装在4个地下巨洞,分布在大型强子对撞机周围。TOTEM实验用到的探测器位于CMS探测器附近,LHCf实验用到的探测器则位于ATLAS探测器附近。 5大待解的谜团 大型强子对撞机——这个世界上最大的机器,除了为有望揭开宇宙起源的奥秘,还将揭开哪些谜团呢? 什么是质量? 质量的起源是什么?为什么微小粒子拥有质量,而其它一些粒子却没有这种“待遇”?对于这些问题,科学家到现在也没有找到一个确切答案。最有可能的解释似乎可以在希格斯玻色子身上找到。希格斯玻色子是“标准模型”这一粒子物理学理论中最后一种尚未被发现的粒子,它的存在是整个“标准模型”的基石。早在1964年,苏格兰物理学家彼得·希格斯便首次预言存在这种粒子,但迄今为止,科学家仍未见过它的庐山真面目。 ATLAS和CMS实验将积极寻找这种难于捉摸的粒子存在迹象。 一个“看不见”的问题 96%的宇宙由什么构成? 我们在宇宙中看到的一切——从小蚂蚁到巨大的星系——都是由普通粒子构成的。这些粒子被统称为物质,它们构成了4%的宇宙。余下的部分据信由暗物质和暗能量构成,对它们进行探测和研究的难度不可想象。研究暗物质和暗能量的性质是当今粒子物理学和宇宙学面临的最大挑战之一。 ATLAS和CMS实验将寻找超级对称的粒子,用于验证一种与暗物质构成有关的假设。 为什么找不到反物质? LHCb实验将寻找物质与反物质之间的差异,帮助解释大自然为何如此偏向。此前的实验已经观察到两者之间的些许不同,但迄今为止的研究发现还不足以解释宇宙中的物质和暗物质为何在数量上呈现出明显的不均衡。 关于反物质: 反物质的基本粒子不仅仅包括正电子和反质子,而是多种多样的,例如反μ介子、反π介子等等,它们是和对应的正基本粒子电荷相反的基本粒子,但它们的寿命太短暂,比如正反μ介子只能存在百万分之几秒钟,而正反π介子大约只能存在一亿分之二点五秒,寿命如此短暂的物质显然无法作为燃料。除了带电的之外,还有不带电的,如反中子、反中微子之类,以反中子为例,它虽然和普通中子一样都不带电荷,但一个反中子经过β衰变后就变成一个反质子,而不是一个带正电的质子,我们可以据此区分它们,不过这样不带电的粒子以目前的手段无法有效储存(甚至更糟糕,以我们目前的手段都无法直接观测到它们,而是通过湮灭间接观测),所以同样也不适合作为燃料。最后能够候选的还是反质子和反电子。 “大爆炸”的秘密 物质在宇宙诞生第1秒啥样? 构成宇宙万物的物质据信来源于一系列密集而炽热的基本粒子。现在宇宙中的普通物质由原子构成,原子拥有一个由质子和中子构成的核子,质子和中子都是被称之为“胶子”的其它粒子束缚夸克形成的。 这种束缚非常强大,但在最初的宇宙,由于温度极高加之能量巨大,胶子很难将夸克结合在一起。也就是说,这种束缚似乎是在“大爆炸”发生后的最初几微秒内形成的,此时的宇宙拥有一个由夸克和胶子构成的非常炽热而密集的混合物,也就是所说的“夸克-胶子等离子体”。 ALICE实验将利用大型强子对撞机模拟大爆炸发生后的原始宇宙形态,分析夸克-胶子等离子体的性质。
(图片说明:哈勃拍摄到的暗物质环;宇宙大爆炸示意图) 隐藏的世界 空间的额外维度真的存在吗? 根据爱因斯坦广义相对论,人类生存的三维空间加上时间轴即构成所谓四维空间。后来的理论认为,可能存在拥有隐藏维度的空间。弦理论便暗示额外的空间维度尚未被人类观察到,它们似乎会在高能条件下显现出来。基于这种推测,科学家将对所有探测器获得的数据进行仔细分析,以寻找额外维度存在迹象。 地球上超强的生命力
幼虫的身体只有0.5毫米长 人类、大猩猩和犬类都可以在太空生存,但仅仅是几分钟。几分钟后,这些动物肺内的空气开始膨胀,血液中的气体开始变成泡泡,嘴里的唾液也开始沸腾。 在太空环境中生活很好 和在地面上没多大区别 德国科隆-波尔兹宇宙医学研究中心研究员、参加本次研究的天体生物学家之一彼得拉•雷特贝格说,“我们发现,这两种缓步类动物在太空环境中都生活得很好,和在地面上没有多大区别。但是遭受太空环境和太阳辐射双重考验后的样本,存活率很低。” 实际上,当最终被放回水中的时候,暴露在太空环境和太阳辐射双重考验下的缓步类动物只有10%存活了下来,并且,所有的幼虫都没有孵化出来。但是,荣松说,“尽管如此,这也是人类迄今为止发现的第一种在双重暴露下,仍然有样本存活的动物。”雷特贝格推测,可能是缓步类动物的外层,即皮层,可以帮助它们抵御太阳辐射。 研究人员称,和微生物细菌耐辐射奇球菌一样,缓步类动物肯定也有一种细胞机理——可以修复辐射的伤害,或者直接抵御太阳辐射。荣松说,“在遭受太阳辐射的时候,没有数据显示缓步类动物的体内在发生变化。所以,我们不知道太阳辐射对它们的伤害有多大,它们又是怎样修复这些伤害的。” 实验表明,至少有一些动物可以在严酷的太空环境下毫无屏障地存活。在这个“超级坚强”动物的名单上,还包括轮虫类、线虫类(蛔虫)、可抗干燥的昆虫幼虫,还有甲壳类如盐水虾。 科学家发现,所有的这些“超级动物”都和缓步类动物一样,具备高度抗干燥的能力。 一部分缓步类动物赖以生存的地衣类植物也可以在太空环境下生存。荣松说,“如果保护这些缓步类样本远离太阳辐射,它们可以在太空中存活几年。但是问题是,飞船进出大气层时会产生巨大的喷射力,这些样本也受到了影响。”飞船进出太空大气层产生的灼热感和一个石块进出行星大气层产生的摩擦大致相当。 有望担当星际旅行重任 星际旅行可能会花费几百万年的时间,人类目前并没有能力进行如此长期的实验。但是,至少有一部分缓步类动物在星际旅行最开始的10天里可以完好地生存。测验缓步类动物生存能力的真正问题是寻找一个合适的环境。荣松说,“只要找到一个比太空温和一些的环境,缓步类动物就可能繁殖、生存。” 关于水熊的一些信息: 缓步动物门是动物界的一个门,是俗称水熊虫(Water Bear)的一类小型动物,主要生活在淡水的沉渣、潮湿土壤以及苔藓植物的水膜中,少数种类生活在海水的潮间带。有记录的大约有750余种,其中许多种是世界性分布的。在喜马拉雅山脉(6000m 以上)或深海(4000m 以下)都可以找到它们的踪影。 基维百科中关于缓步动物的资料:点击查看 |
|
|