作者:李木子 来源:中国科学报 发布时间:2022/7/6 18:55:33
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关闭3年,大型强子对撞机强势重启

 

在经过3年的机器升级后,欧洲核子研究中心(CERN)重新启动了世界上最强大的粒子对撞机。此次大型强子对撞机(LHC)的质子束将以更高强度运行,并记录粒子碰撞的能量。物理学家希望通过借此在最小尺度上更多地了解宇宙,并揭开暗物质性质等谜团。

当地时间7月5日下午4点47分,在位于瑞士日内瓦附近的实验室里,物理学家打开了探测器,开始采集数据。这是继2009~2013年和2015~2018年之后的第三次实验。“我们感觉第一次打开了一扇了解宇宙的窗口,看看它是由什么组成的。”英国利物浦大学粒子物理学家、LHCb合作组织成员Tara Shears说。LHCb合作组织专门研究一种名为“b”或“美”夸克的基本粒子行为。

更紧密的质子束将使LHC能够在更长时间内保持峰值碰撞率,从而使此次实验收集到的数据比前两次加起来的还要多。此次碰撞能量为13.6万亿电子伏(TeV),高于上一轮的13TeV,提高了产生更重和未知粒子的概率。

物理学家将利用大量的数据更多地了解希格斯玻色子。希格斯玻色子是CERN在10年前发现的,关于希格斯玻色子还有无数疑问有待理清。他们将应用新的分析技术寻找标准模型之外的物理现象,探索一系列与理论不符的异常现象。

如果这些异常现象是真实的,那么它们就可以帮助物理学家解释标准模型无法解释的宇宙神秘特征,比如为什么物质无处不在,而反物质却很稀少。但如果异常现象是由于偶然波动产生的,那么更多的数据将会看到这些迹象逐渐消失。

自4月以来,粒子束一直在LHC中循环,并发生了一些碰撞。但直到今天,人们才宣布其足够安全,可以启动实验。其中包括ATLAS和CMS,这是LHC的通用实验,旨在研究广泛的物理现象。

粒子束具有破坏探测器和机器的能力,所以工程师刚开始要十分谨慎,只循环最少数量的质子。CERN加速器和技术主管Mike Lamont说,这一数量在今年内还会增加。最终,这种微小粒子束的能量将相当于一列以每小时150公里速度行驶的火车的能量。

在关闭期间,CERN团队升级了加速器复合体,该复合体产生并加速粒子束。这包括安装一种新的质子源,以取代自1978年以来一直在CERN中使用的技术。

物理学家们升级了LHC实验的探测器,特别是改进了它们的电子和计算系统,以应对更大的碰撞强度。在CMS和ATLAS实验中,LHC将以每秒4000万次的速度对撞大约1000亿个质子。每一个粒子将产生大约60个质子—质子碰撞,每一次碰撞将产生数百个粒子。

LHC将运行4年,直到碰撞停止,从而为升级到更密集的机器让路。这台被称为高亮度LHC的机器将于2029年开始运行,最终产生的数据将是LHC前3次运行数据总和的10倍。

 
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