【分享】大型强子对撞机被冷却成宇宙中温度最低地区之一

德厚志远

2010/02/04

私聊

物理知识

据国外媒体报道，经过冷却后，备受关注的大型强子对撞机(LHC)已成为宇宙中温度最低的地区之一。强子对撞机的所有8个组成部分现已被冷却到1.9开氏温度(零下271摄氏度，零下456华氏度)这一操作温度，低于外太空温度。

大型磁铁能够弯曲强子对撞机周围的粒子束，它们利用液态氦帮助对撞机保持这一绝对低温。强子对撞机位于法国-瑞士边境地下一条27公里长的环形隧道内，磁铁则被从头至尾置于隧道之中。据悉，对撞机将于11月下旬重启，对其进行冷却是重启前的一个重要步骤。

2008年9月19日，由于所谓的磁铁“熄灭”导致一公吨液态氦渗入隧道，大型强子对撞机被迫关闭。液态氦泄露事故发生后，对撞机必须进行加温以达到进行维修需要的温度。大型强子对撞机是有史以来研制的功率最大的物理学设备，能够重建大爆炸之后的宇宙初期形态，由位于日内瓦的欧洲核子研究组织负责操作。

实验过程中，两个质子束将被导入穿过磁铁的管道内。在环形隧道内，质子束将以接近光速的速度以相反方向飞行。在隧道周围指定的点，携带巨大能量的质子束相遇并发生碰撞。科学家希望在撞击产生的碎片中发现新的粒子，以便从根本上加深对宇宙本质的了解。

大型强子对撞机的操作温度接近零下273.15摄氏度这一绝对零度，绝对零度是可能达到的最低温度。相比之下，外太空遥远区域的温度大约在2.7开氏温度(零下270摄氏度，零下454华氏度)左右。

在设计上，强子对撞机采用的磁铁具有超导性，能够让电流通过时遭遇的阻力降为零，进而将能量损失降至最低。为了具有超导性，磁铁必须被冷却到相当低的温度。出于这个原因，对撞机采用了一个复杂的低温线路系统并利用液态氦作为制冷剂。迄今为止，还没有如此大规模的粒子物理学研究设备在如此低温条件下运行。

在质子束绕27公里长的隧道运行前，工程师必须测试对撞机的新熄灭保护系统，同时进行磁铁供电测试。目前，质子束已经被送到大型强子对撞机“门前”。据悉，将一个低强度质子束导入对撞机最短需要一周时间。对质子束的测试只涉及对撞机自身组成部分，而不是整个环形隧道。

官员们计划在11月下旬让一个质子束绕对撞机环形隧道运行。在此之后，工程师将进行低强度质子束对撞实验，为科学家提供他们获得的第一手数据。质子束的能量随后将被提高以进行第一次高能对撞。所有这些标志着大型强子对撞机研究计划正式启动。高能对撞预计于12月进行，但据欧洲核子研究组织公关部负责人詹姆斯·吉利斯透露，对撞时间很有可能推迟至2010年1月。

吉利斯博士表示，对这个加速器进行操作是一件非常细致的工作。“在对质子束进行加速的同时，你不得不因它们之间的距离而深深感到担忧。而等到希望它们进行碰撞时，你又希望它们尽可能靠得近一些。”他指出：“如果出现错误，你就可能失去质子束。整个过程需要一段时间才能趋于完美，在此之后，你所要做的就是等待碰撞发生。我们可以这样理解对撞机最后控制元件与碰撞点之间的距离，有点像位于大西洋两岸的两根织针进行碰撞。”

官员们计划在圣诞节和新年假期进行短暂休整，届时实验室将关闭。虽然管理人员已就如何在这段时间内完成相关工作进行讨论，但吉利斯表示后勤保障是一项非常复杂的工作。促使作出冬季关闭决定的主要因素是工人合约，合约问题需要重新进行谈判。

官员们表示，早期预警系统(熄灭保护系统)的升级将防止2008年导致对撞机关闭的类似事故发生。这种升级包括在对撞机周围安装数百个新探测器。2008年的事故发生后，欧洲核子研究投入大约4000万瑞士法郎(2400万英镑)对强子对撞机进行修复，其中就包括升级熄灭保护系统。

作者：孝文来源：新浪科技发布时间：2009-10-20 14:37:26