今天给各位分享大型强子对撞机的大型大型知识,其中也会对大型强子对撞机LHC进行解释,强对强对如果能碰巧解决你现在面临的撞机撞机问题,别忘了关注本站,大型大型现在开始吧!强对强对
世界上最大的粒子对撞机是欧洲核子研究中心(CERN)建立的大型强子对撞机(LHC).
是世界最大的粒子加速器,它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.隧道内将维持在-271℃的极低温.这一温度将会出现超导现象,使得粒子在管道中几乎不受任何阻力,以至接近光速.对撞机从2003年开始建造,参与该项目的有来自80多个国家和地区的2000多名科学家和工程师,整个工程耗去54.6亿美元.
提起大型强子对撞机,大家想起的大型大型可能是撞出黑洞,有人想起的强对强对可能是希格斯玻色子。对撞机撞出黑洞是撞机撞机来自于人们对黑洞这种奇异天体的恐慌,而撞出希格斯玻色子则是大型大型欧洲大型强子对撞机(LHC)最辉煌的实验成就。
大型强子对撞机有什么用?强对强对
大型强子对撞机是一种大型的实验仪器,通过超强的撞机撞机电磁场在较大的环形轨道里加速带电粒子,把带电粒子加速到接近光速的大型大型高能状态下进行对撞实验,用以验证微观力学的强对强对理论预言。它的撞机撞机轨道周长直接决定了其所能加速粒子的能量上限,一旦理论预期发现新粒子所需的能级超过现有对撞机的能量上限,这个对撞机的历史使命就算是终结了。
为何我国要建大型强子对撞机?
随着希格斯玻色子的发现,27公里长的欧洲大型强子对撞机的历史使命也算完成,由于轨道周长的限制,它的对撞能级下已经难有重大发现,因此,世界高能物理学界和超弦理论学界期待新一代更强大的对撞机出现,以验证他们的理论,目前计划建造的对撞机轨道周长都是百万公里级的。但建造大型强子对撞机的投入异常巨大,一般的国家都负担不起,作为超级大国的美国已经指望不上了,因为在上世纪美国才因不断追加的超额投入停掉过一个大型对撞机项目。而欧盟那边虽然已经规划建造,但是欧盟的执行力是有目共睹的,从全球卫星定位系统项目就可见一斑……因此各国科学家就把目光投向了GDP全球第二的我国。
于是,以超弦理论界为首高能物理界为辅的全球科学家一致建议我国建造大型强子对撞机,以验证超弦理论的基础超对称理论。
反对者出现
当建造的声音来势汹汹,且都是是国际上极具威望的人物,这时一个人站了出来,站在了他们的对立面,他就是物理学界的泰斗我国科学家杨振宁。他坚决反对我国在现阶段斥巨资建造大型对撞机,他给出了7条理由。我总结了一下他的中心思想是:高能物理能做的事已经不多,难有重大发现;超对称理论是空中楼阁,期望找到超对称粒子很可能竹篮打水一场空;这大型项目的投入将极大地压缩其它领域的科研经费,这将限制了其它领域的发展。
实际上反对建造对撞机的科学家一定不在少数,但由于种种原因,鲜有科学家敢站出来公开叫板高能物理界和超弦界,只有杨振宁坚定地站了出来,凭一己之力对抗整个高能物理界。
孰对孰错?科研经费该去往何方?
“文明不断增长和扩张,但宇宙中的物质总量保持不变。”
这是《三体》里叶文洁提出的第二条公理,罗辑据此发现了黑暗森林法则。今天,我要把这条公理改一改:“科研项目众多,但我国科研经费总量不变。”这正是杨振宁反对建造对撞机的一个重要原因。如果把巨大的经费都投入到一个可能一事无成的项目,这不单是对科研经费的巨大浪费,还同时造成了其它项目因缺乏经费而停顿。作为一个发展中国家,我国应该把经费更多投入到那些有产出的领域。杨振宁指出,高能物理的成就在未来3、50年内,对我们的生活都不会产生什么积极的影响。
美国是怎么做的?
杨振宁的其中一个论据就是上世纪美国把大型强子对撞机项目停掉了。这是由于不断增加的预算,一开始申请44亿美元的预算,建造未过半,预算已经将近翻了一番,达到80亿美元,最终在项目进行的第三任总统克林顿废止了该项目,随即投入200亿美元到国际空间站项目中。很显然,美国不差钱,但他们认为国际空间站更值得花。
我国该怎么做?
我国计划建造的大型强子对撞机首期正负电子对撞机的投入预算为360亿元,第二期的质子对撞机的投入将高达千亿。这还是仅仅初步计划的基础投入,纵使不超支,对撞机建成后的运行投入也依然是个巨大的坑,且不说维护成本,单就耗电量就是个巨坑,目前的欧洲大型强子对撞机的耗电量是200兆瓦,即20万千瓦。这相当于一个大型水电站的发电量……按照1元/度电的电费算,运行一个小时的电费就高达20万,而中国计划建造的对撞机周长是它的4倍……
我国需要科研经费的项目太多了,航天、量子信息、芯片等等,这些都是直接与国防和经济挂钩的科研项目,是否更值得作为发展中国家的我们去投入呢?美国选择了把大型强子对撞机的经费投到了航天领域,我们呢?
航天技术与国防技术是相通的,量子信息技术在信息安全方面意义重大,芯片更加不用说,近年网上已经有足够的信息让我们知道它的重要性,至于其它领域就不一一列举。
你赞成我国建造对撞机吗?
从网上科学兴趣群里了解到,绝大多数非高能物理专业的科学爱好者都是支持杨振宁的,那么你认为我国该建不该建?
(以上图片来源自网络,如有侵权请联系删除
大型强子对撞机(LHC)产生的质子-质子对撞中,可能会产生大量对强相互作用敏感的新粒子——前提是它们不太重。这些粒子可能是超对称性(SUSY)预测的胶子和夸克的伙伴,超对称性是粒子物理标准模型的一个拟议扩展,它将扩大其预测能力,包括更高的能量。在最简单情况下,这些“gluinos”和“s夸克”将成对产生,并直接衰变为夸克和一个新的稳定中性粒子(“neutralino”),后者不会与ATLAS探测器发生作用,中微子可能是暗物质的主要成分。
ATLAS的合作从大型强子对撞机运行早期就一直在寻找这个过程。物理学家们一直在研究以强子“喷射”为特征的碰撞事件,在垂直于碰撞质子的平面上,这些喷射的动量存在很大不平衡(“缺少横向动量”,ETmiss)。
失去的动量会被无法探测到的中微子带走。到目前为止,地图集搜索已经导致对最小质量夸克和胶子的限制越来越严格。有可能用更多的数据做得更好吗?产生这些重粒子的概率随着质量呈指数级下降,因此,在更大的数据集上,重复前面的分析只能到此为止。
需要新的、复杂的方法来更好地区分SUSY信号和背景标准模型事件,以便进一步进行这些分析。关键改进可能来自于提高选择信号事件的效率。在加拿大多伦多举行的轻子光子研讨会上,ATLAS的合作展示了新结果,说明了更先进分析技术所带来的好处,这些技术在其他搜索渠道中处于领先地位。由于使用了两种相辅相成的方法,新分析的灵敏度大大提高。在第一种方法中,称为“多箱搜索”,将事件分类为两个可观测值定义的箱:有效质量和ETmiss显著性。
这些特征描述了相互作用中所涉及的能量量(如果产生了大的重粒子),以及观测到的ETmiss,是如何不太可能由逃逸中微子而不是对喷射能量的错误测量造成。一次定义最多24个正交箱,搜索对大量不同质量的gluinos、squarks和neutralinos非常敏感。第二种方法称为“增强决策树(BDT)搜索”,它使用机器学习分类算法来更好地识别潜在信号。通过蒙特卡罗仿真对信号和背景事件的预测,利用喷射流的一些运动学特性和ETmiss最终状态对BDTs进行了训练。
定义了8个这样的判别器,每一个都针对参数和模型空间的不同区域进行了优化。新结果使用了完整的LHC Run 2数据集,该数据集对应于139 fb-1的整体亮度,并且在信号丰富区域的观测事件数量和标准模型预测之间没有显示任何显著差异。因此,在假设不同情况下,对胶子、夸克和中性子的质量设定了排斥极限。对于多箱搜索,可以同时承担所有箱的强度,增加分析的排除能力。
1、大型强子对撞机是粒子物理科学家为了探索新的粒子,和微观量化粒子的‘新物理’机制设备,是一种将质子加速对撞的高能物理设备,英文名称为LHC。
2、欧洲大型强子对撞机是现在世界上最大、能量最高的粒子加速器。大型强子对撞机坐落于日内瓦附近瑞士和法国的交界侏罗山地下100米深,总长17英里(含环形隧道)的隧道内。2008年9月10日,对撞机初次启动进行测试。
3、2019年8月1日,大型强子对撞机(LHC)的下一代“继任者”——高亮度大型强子对撞机项目的升级工作正在进行,亮度将提升5到10倍。
除了希格斯玻色子之外,大型强子对撞机(LHC)还没有发现任何新的基本粒子。这对粒子物理学家来说无疑非常失望,因为他们相信这个巨型的粒子加速器应该能找到更多的新粒子、额外的空间维度、微型黑洞、新的对称性、暗物质,或者其他完全不同的东西。然而,这些期望全都落空。
之所以粒子物理学家相信,大型强子对撞机能发现除希格斯玻色子之外的东西,是因为目前最好的物理学理论——粒子物理标准模型,不是“自然的”。
论点大致是这样的:希格斯玻色子有别于标准模型中的其他粒子。其他粒子的自旋位1或或者1/2,但希格斯粒子的自旋为0。正因为如此,量子涨落对希格斯粒子的质量做出了更大的贡献。这让粒子物理学家认为,一旦碰撞能量足够高,在制造出希格斯粒子的同时,一定会有别的东西随之出现。
在物理学中,自然性(Naturalness)是指物理理论中出现的自由参数或物理常数之间的无量纲比值应该取“1数量级”的值。也就是说,一个自然理论的参数比应该是2.34,而不是234000或0.000234。从这个意义上来讲,令人满意的物理学理论应该是“自然的”,这一要求是上世纪60年代在粒子物理学领域兴起的一种思潮。它是一种美学标准,而非物理学标准。
然而,粒子物理标准模型在技术上是不自然的观点并没有实际意义,因为这些被认为是麻烦的量子贡献是无法观测到的。因此,自然性的缺乏完全是一个哲学上的难题,关于它的辩论源于一个根本性的困惑:什么东西一开始需要用科学解释?如果不能观测到,那就没有什么好解释的了,为什么我们还要谈这个?
数十年来,总有人会相信自然论。但事实上,基于自然论的大型强子对撞机预测并没有奏效。那么,粒子物理学家最终会抛弃自然性的观点吗?
然而,粒子物理学家对他们此前所做出的明显失败的预测保持沉默。除了欧洲核子研究组织(CERN)理论小组负责人、自然论最有力的倡导者之一Gian Francesco Giudice在2017年发表了一篇承认有问题的论文之外,没有人愿意承认有什么地方出了严重的问题。
也许粒子物理学家只是希望没有人会注意到他们的错误,更不用说这些错误已经在所有出版的文献中出现了。一些粒子物理学家正忙于发明新的自然论,预测新的粒子只会出现在下一个更大的对撞机上。
对于粒子物理学家而言,这可能是一个不好的情况,但对于哲学家而言,这是一个很好的情况,因为他们对别人的问题最感兴趣。南加州大学(University of Southern California)的物理哲学家David Wallace认为,大型强子对撞机已经打破了物理学。为此,他最近写了一本名为《自然性与涌现》(Naturalness and Emergence)的书。
关于粒子物理学家预测的失败,Wallace在书中写道:
“我认为,任何这种自然性的失败,都有可能破坏我们对理论间还原的整个理解结构,因此,物理领域的危机可能比人们有时认为的要严重得多。”
在科学哲学中,“理论间还原”是指在一定条件下,一个适用范围更广的理论可以还原为形式更为简洁的理论。例如,在速度远小于光速的情况下,狭义相对论可以还原为牛顿力学。
Wallace在书中进一步写道:
“如果自然论在粒子物理学和宇宙学中完全失败,则就没有可靠的方法论论据来假设它们无处不在(比如在统计力学中)。”
迄今为止,粒子物理标准模型已经成功地解释了来自大型强子对撞机的每一个数据片段。不管怎样,这个理论都是非常成功的理论。如果有人使用一个标准来评估理论的好坏,那么,出问题的会是提出标准的人,而不是理论本身。
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