关于强子对撞机~~~什么叫“强子”？

关于强子对撞机~~~什么叫“强子”？

强子 强子(Hadron)是一种亚原子粒子，所有受到强相互作用影响的亚原子粒子都被称为强子。强子包括重子和介子。按目前的物理理论强子是由夸克、反夸克和胶子组成的。胶子是量子色动力学中的力子，它将夸克连在一起，强子是这些连接的产物。 按其组成夸克的不同，强子还可以分为： 重子(Baryon)：重子由三个夸克或三个反夸克组成，它们的自旋总是半数的，也就是说，它们是费米子。它们包括人们比较熟悉的组成原子核的质子和中子和一般鲜为人知的超子（Hyperon, 比如Δ、∧、∑、Ξ和Ω），这些超子一般比核子重，而且寿命非常短。 介子(Meson)：介子由一个夸克和一个反夸克组成，它们的自旋是整数的，也就是说，它们是玻色子。介子有许多种。在高空射线与地球空气相互作用时会产生介子。 其它很稀有和奇怪的强子。 由多于三个但单数的夸克或反夸克组成类似重子的强子。 由多于一对夸克-反夸克对组成的类似介子的强子。 完全由胶子组成的粒子。 介子的自旋（粒子的固有角动量）量子数为整数（也称玻色子） 重子的自旋量子数为半整数。(也属于费米子） 质子的自旋量子数为 半整数 1/2，并且参与强相互作用。所以质子属于强子的一种。 目前发现的所有强子都满足盖尔曼-西岛关系，即：S＝2（Q-I3）-B，S是奇异数，Q是电荷，I3是同位旋，B为重子数.大型强子对撞器(Large Hadron Collider，LHC)是一座位于瑞士日内瓦近郊欧洲核子研究组织CERN的粒子加速器与对撞机，作为国际高能物理学研究之用。(全球定位点：北纬46度14分00秒，东经6度03分00秒46.233333333333;6.05) LHC已经建造完成，北京时间2008年9月10日下午15：30正式开始运作，成为世界上最大的粒子加速器设施。LHC是一个国际合作的计划，由34国超过两千位物理学家所属的大学与实验室，所共同出资合作兴建的。 LHC包含了一个圆周为27公里的圆形隧道，因当地地形的缘故位于地下50至150米之间。[1] 这是先前大型电子正子加速器 (LEP)所使用隧道的再利用。隧道本身直径三米，位于同一平面上，并贯穿瑞士与法国边境，主要的部份大半位于法国。虽然隧道本身位于地底下，尚有许多地面设施如冷却压缩机，通风设备，控制电机设备，还有冷冻槽等等建构于其上。 加速器通道中，主要是放置两个质子束管。加速管由超导磁铁所包覆，以液态氦来冷却。管中的质子是以相反的方向，环绕着整个环型加速器运行。除此之外，在四个实验碰撞点附近，另有安装其他的偏向磁铁及聚焦磁铁。 两个对撞加速管中的质子，各具有的能量为 7 TeV (兆兆电子伏特,)，总撞击能量达 14 TeV之谱。每个质子环绕整个储存环的时间为 89 微秒 (microsecond)。因为同步加速器的特性，加速管中的粒子是以粒子团(bunch)的形式，而非连续的粒子流。整个储存环将会有2800个粒子团，最短碰撞周期为 25 纳秒(nanosecond)。在加速器开始运作的初期，将会以轨道中放入较少的粒子团的方式运作，碰撞周期为 75 纳秒，再逐步提升到设计目标。 在粒子入射到主加速环之前，会先经过一系列加速设施，逐级提升能量。其中，由两个直线加速器所构成的质子同步加速器 (PS)将产生50 MeV的能量，接着质子同步推进器 (PSB)提升能量到1.4GeV。而质子同步加速环可达到26 GeV的能量。低能量入射环(LEIR)为一离子储存与冷却的装置。反物质减速器 (AD)可以将3.57 GeV的反质子，减速到2 GeV。最后超级质子同步加速器 (SPS)可提升质子的能量到450 GeV。 20余名中国科学家参与强子对撞机实验 在LHC加速环的四个碰撞点，分别设有五个侦测器在碰撞点的地穴中。其中超环面仪器 (ATLAS)与紧凑渺子线圈 (CMS)是通用型的粒子侦测器。其他三个(LHC底夸克侦测器(LHCb), 大型离子对撞器(ALICE)以及全截面弹性散射侦测器(TOTEM)则是较小型的特殊目标侦测器。 LHC也可以用来加速对撞 重离子，例如 铅(Pb)离子可加速到1150 TeV。 由于LHC有着对工程技术上极端的挑战，安全上的确保是极其重要的。当LHC开始运作时，磁铁中的总能量高达100亿焦耳(GJ)，而粒子束中的总能量也高达725百万焦耳(MJ)。只需要10?7总粒子能量便可以使超导磁铁脱离超导态，而丢弃全部的加速粒子可相当于一个小型的爆炸。编辑本段研究主题 物理学家希望借由加速器对撞机来帮助他们解答下列的问题： 标准模型中所流行的造成基本粒子质量的希格斯机制是真实的吗？ 真是如此的话，希格斯粒子有多少种，质量又分别是多少呢？ 当重子的质量被更精确的测量时，标准模型是否仍然成立的？ 粒子是否有相对应的超对称(SUSY)粒子存在？ 为何物质与反物质是不对称的？ 有更高维度的空间(Kaluza-Kleintheory,extradimensions)存在吗？ 我们可以见到这启发弦论的现象吗？ 宇宙有96%的质量是目前天文学上无法观测到的，这些到底是什么？ 为何重力比起其他三个基本作用力(电磁力，强作用力，弱作用力)差了这么多个数量级？ 重离子对撞机 虽然LHC的物理实验计划，着重于研究质子对撞后的现象。然而，短期的如每年一个月的重离子对撞也在实验计划之中。虽然其他较轻的离子对撞实验也是可行的，目前主要的规划为铅离子的对撞实验。编辑本段LHC升级计划 有提议在十年内 LHC 需要作一个硬件性能的提升。 认为 LHC 需要作基本上硬件的修改以提升它的 亮度(单位截面碰撞发生的频率). 理想中 LHC 升级的途径将是包含增加粒子束的流量，以及修改两个需要高亮度的区域： ATLAS 与 CMS 这两个侦测器来配合。下一代超大型强子对撞器的入射能量需增加到 1 TeV，因此前置入射装置也需作一个升级的动作，特别是在于 超级质子同步加速器 的部份。编辑本段经费支出 LHC的建造经费最初是1995年通过的一笔26亿瑞朗，另有一笔两亿一千万元瑞朗的经费作为实验之用。然而，经费超支。在2001年的一次主要审核预期，将需增加四亿八千万元瑞朗在加速器的建造，与五千万元瑞朗的支出在实验运作上。同时，由于CERN年度预算的缩减，LHC的完工日期由2005年延后到2007年四月，以使用更多年度预算来支付。[5] 其中增加的一亿八千万元瑞朗，在于超导磁铁的制造上。另外，尚有在兴建放置CMS的地下洞穴时，遭遇到工程技术上的困难。[6] 预期的建造总额约为八十亿元 美金。编辑本段LHC@Home LHC@Home是一个分布式计算的计划，用来支持LHC兴建与校正之用。这个计划是使用BOINC平台，来模拟粒子如何在加速器隧道中运行。有了这项资讯，科学家便可以决定如何放置磁铁与调整功率，来达到加速轨道运行的稳定。安全考量在美国RHIC开始实验之时，同时包含内部的研究者与其他外部的科学家，都有担心类似的实验可能会引发理论上的一些灾难，甚至摧毁地球或是整个宇宙：创造出一个稳定的黑洞创造出比一般物质更稳定的奇异物质(构成假说中的奇异星的物质)吸收掉所有一般物质创造出磁单极促成质子衰变造成量子力学真空态的相变到另一个未知的相态RHIC与CERN都有进行了一些研究调查，检视是否有可能产生例如微黑洞，微小的奇异物质(奇异微子)或是磁单极等危险的事件。[8]这份报告认为“我们找不到任何可以证实的危害”例如，除非某个未经证实的理论是对的，否则是不可能产生出微小黑洞的。即使真的有微黑洞产生了，预期会透过霍金辐射的机制，很快就会蒸发消失，所以会是无害的。而认为即使像LHC这样高能量的加速器的安全性，最有力的论点在于一个简单的事实：宇宙射线的能量是比起LHC来要高出非常多数量级的，太阳系星体从形成到现在这么多年下来，都不断地被宇宙射线轰击。既没有产生出微黑洞，微小的奇异物质或是磁单极来，太阳、地球和月球也都没有因此而被摧毁。然而，仍有一些人还是对LHC的安全性有疑虑：像是这一个有着许多新的，未经测试过的实验，是没有办法完全保证说上述的情况不会发生。JohnNelson在伯明翰大学谈到RHIC说“这是非常不可能会有危害的-但是我无法百分之百保证。”另外在学术界，对于霍金辐射是否是正确的，也是有一些疑问。RHIC自2000年运作到现在，都没有有产生可以摧毁地球的物质的迹象。