瑞士和法國(guó)下方的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)剛剛將首批原子加速到接近光速的速度，其結(jié)果“超出了預(yù)期”。
這個(gè)測(cè)試是一個(gè)令人興奮的概念驗(yàn)證，它可能會(huì)導(dǎo)致一系列突破性的實(shí)驗(yàn)，甚至可能產(chǎn)生新的物質(zhì)類型，比如暗物質(zhì)。
通常，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)以加速質(zhì)子束在長(zhǎng)達(dá)27公里(17英里)的隧道內(nèi)以驚人的速度運(yùn)行而聞名，它們會(huì)互相碰撞，看看會(huì)發(fā)生什么奇怪的、奇妙的、新的粒子。
LHC的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致了希格斯玻色子在2012年的發(fā)現(xiàn)，從那時(shí)起，它給了我們一系列奇怪的新亞原子粒子，給我們帶來(lái)了新物理學(xué)的誘人暗示，也幫助我們確認(rèn)了現(xiàn)實(shí)的極限。
但盡管進(jìn)行了10年的實(shí)驗(yàn)，這是研究人員第一次不僅將原子核注入機(jī)器，而且還將鉛原子注入一個(gè)電子。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)是伽瑪工廠的概念證明，它將使LHC變成一個(gè)伽瑪射線工廠，能夠產(chǎn)生大量的粒子，甚至是新的物質(zhì)，比如暗物質(zhì)。
大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的工程師Michaela Schaumann說(shuō):“我們正在研究如何拓寬歐洲核子研究中心目前的研究項(xiàng)目和基礎(chǔ)設(shè)施的新思路?！?/p>
“發(fā)現(xiàn)可能性是第一步?！?/p>
在每年一度的冬季關(guān)閉前的四個(gè)星期里，研究人員每年都要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并將質(zhì)子對(duì)撞換成原子核。
但今年，他們花了幾天時(shí)間測(cè)試一種新東西——加速整個(gè)原子。
科學(xué)家們以前從未這樣做過(guò)的原因是因?yàn)殂U原子是易碎的，而且很容易意外地奪走電子，導(dǎo)致原子核撞到束流管的壁上。
像你想象的那樣，把高能的原子束噴進(jìn)一個(gè)由敏感磁鐵包圍的非常昂貴的機(jī)器里，并不理想。
在這個(gè)實(shí)驗(yàn)之前，物理學(xué)家們首先在LHC中加速了氙核，他們還在超級(jí)質(zhì)子同步加速器中測(cè)試了部分剝離的鉛離子，這是CERN的第二大加速器。
將鉛原子注入LHC是最后一步。
在第一次試驗(yàn)中，研究小組注入了24束原子，并在LHC內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了一個(gè)小時(shí)的低能量穩(wěn)定光束。
然后，他們把大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的功率調(diào)到最大，并維持了大約兩分鐘，直到它關(guān)閉。
Schaumann說(shuō):“如果有太多的粒子偏離了軌道，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)就會(huì)自動(dòng)拋出光束。”“我們的首要任務(wù)是保護(hù)LHC及其磁體?！?/p>
在磁體復(fù)位后，研究小組又嘗試了一次，只使用了6個(gè)原子束——這一次，他們能夠讓光束保持兩小時(shí)的循環(huán)，然后故意將其丟棄。
物理學(xué)家Witold Krasny說(shuō):“我們預(yù)測(cè)，這種特殊類型的粒子束在LHC內(nèi)部的生命周期將至少是15個(gè)小時(shí)?！?/p>
“我們很驚訝地發(fā)現(xiàn)，這段生命可以長(zhǎng)達(dá)40個(gè)小時(shí)。”現(xiàn)在的問(wèn)題是，我們能否通過(guò)優(yōu)化準(zhǔn)直儀的設(shè)置來(lái)在更高的強(qiáng)度下保持相同的光束壽命，準(zhǔn)直儀的設(shè)置在這個(gè)特殊的運(yùn)行過(guò)程中仍然為質(zhì)子設(shè)置。
如果研究人員能夠優(yōu)化這些原子束，下一步將是用激光發(fā)射循環(huán)的原子，使電子躍遷到更高的能級(jí)。
當(dāng)電子再次下降時(shí)，它以光的粒子的形式射出能量。
但在LHC內(nèi)部，原子的運(yùn)動(dòng)速度將接近光速，因此粒子的能量將會(huì)高得令人難以置信，其波長(zhǎng)將被壓縮，將其變成伽瑪射線。
這些伽馬射線足夠強(qiáng)大，可以產(chǎn)生諸如夸克、電子和介子之類的粒子。它們也能轉(zhuǎn)化成巨大的粒子甚至可能是新型的物質(zhì)，比如暗物質(zhì)。
“它們也可能是新型粒子束的來(lái)源，比如介子束，”歐洲核子研究中心的一份新聞稿解釋道。
我們還有很長(zhǎng)的路要走，但這是令人興奮的第一步，可能會(huì)在LHC開創(chuàng)科學(xué)的新時(shí)代。我們不能等待。
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