博文
科学的引擎——带您了解大型科学技术装置：粒子对撞机(二)
|
这篇写写粒子物理领域的加速器。
突然发现写博客不能太专业，也不能太严肃，极少有人会逐字逐句地阅读完另一个人的文章，就如同看看新鲜事物一般，其实看过了也没有什么新鲜意思了。
---------------
粒子物理领域是加速器诞生和发展的最原始的动力，其加速器多是对撞机，为提高对撞质心能量——单一能量的粒子打到静止的靶上是远低于两束粒子以相反方向动量对撞的质心能量的。
-----某一基本粒子的束缚力（弱相互作用、强相互作用……）越大，越不容易获得自由的粒子，因此也就需要更高的能量来使粒子克服这种巨大的束缚力而变成自由粒子，从而被探测器检测到。
如果说基于核裂变的原子弹是用质量换取能量，加速器则是用能量换取质量——利用高能量粒子作用后产生新的粒子。
加速器（或对撞机）对于粒子物理的作用很像两个对撞在一起的核桃。核桃里面的物质我们如何知道呢？最有效的办法就是让两个核桃以尽量大的相对动量对撞，从而将两个核桃都撞碎，收集撞碎后的物质，检验是否是核桃里面的核桃仁。
高能物理由于耗资巨大，所以一般是国际合作的方式。目前国际上有几大高能物理实验室，它们是：
CERN：欧洲十几个国家合建的基于大型加速器的粒子物理实验中心，其科学贡献与技术转化方面成就斐然。
SLAC National Lab：美国硅谷斯坦福校园内，直线加速器全长3公里，曾发现J/psi粒子，与我们比较熟悉的丁先生在BNL同时发现。现在停止高能物理研究专做光源了。
Fermi Lab：拥有LHC建成之前全球能量最高的对撞机Tevatron，最重要发现是顶夸克。
BNL：拥有相对论重离子对撞机RHIC，1998年有过一本科幻小说Cosm以这个大家伙为背景的。同样取得了很多成果。
DESY：德国汉堡的国际合作的实验室，电子-质子对撞机，超导技术卓越。几十年来成果不断。
KEK：日本高能物理实验室。日本在高能物理和加速器方面投入与西欧和美国同样巨大。与日本的高新技术产业密切联系，互相推动。
IHEP：中国科学院高能物理研究所。国际上唯一运行于tau介子和charm夸克领域的机器，此能区的成果很优秀，包括J/psi粒子等。曾经有美国的CESR（Cornell大学）要与之竞争，等BEPCII建成后，取消高能物理研究，改造成同步辐射光源。
还有意大利的和俄罗斯都有。
当然，粒子物理并非只有靠粒子加速器，还有天体粒子物理，包括地面宇宙线实验以及基于太空望远镜的粒子研究，这些都偏天文学和宇宙学了；此外还有中微子实验，如日本神冈、中国大亚湾以及CERN的。（图片为哈勃太空望远镜和神冈中微子探测器）
粒子加速器作用是使得带电粒子加速到需要的能量并能在巨大的探测器里面发生尽可能多的对撞，粒子束本身对探测器应保证尽量小的影响，而保证对撞到的实例尽量多的被有效探测到。因此，粒子物理试验中，加速器与粒子探测器都扮演着重要的角色。
记得有个做粒子物理软件的博士师兄对我说过：“加速器是个挺没有意思的东西，无非是提供一个束流，让两束粒子对撞上就得了，剩下工作就都是探测器和数据分析的事情了。”
不过想来也是这样的，在粒子物理里面，加速器只能算在“粒子源”里面的一个小部分，没有加速器，还有宇宙射线，还有元素衰变，还有太空望远镜。
我们实验室有个师兄，老板做的偏物理一些，吃饭的时候跟我们讲：“我老板总是给我们提出很高的要求，从不去了解技术上能不能实现，参数总是给的很高，我们做不出来，就说‘这样这样，理论上肯定能够做出来……’”
丫那帮搞理论的，从来不去做实事，就在那里幻想，只要“理论上”成立，他们就认为已经存在了，或者他们已经征服了，根本不需要再去做了。出去买泡面的路上，随便看到哪个美女，在精神上已经占有过她们了，Fantastic~
可是1TeV的能量如何获得，1_0000_0000_0000伏特的电压加在一米的距离上。难道说“1TeV来吧”就真的来了吗？
此外试想，如果粒子束团过大每个束团的粒子数过少，使得每次束束作用都难得有几个有效的碰撞事例出现，那恐怕探测器每几个月才能探测到一个粒子，示波器上冒出来一个脉冲，靠统计学说话的物理分析学家们就只能每天端着茶水双脚敲在发了霉的电脑桌上看着前天的报纸了。
粒子物理学大概是最讲究团队精神的学科了。所以，还是团结好，哈哈。
（LHC的全世界最大的两个探测器：CMS和ATLAS）
参考资料：
下面讲加速器在非粒子物理领域的应用，主要面向各个学科和工业应用。
https://blog.sciencenet.cn/blog-200301-206236.html
上一篇：真理——信仰的问题？
下一篇：科学的引擎——带您了解大型科学技术装置：同步辐射(三)
