科学“大咖”们争论的对撞机到底是什么?

2016-10-01 00:00  来源:《新华每日电讯》  作者:余晓洁/吴晶晶  共有评论

    继引力波、量子通信之后,又一个“高冷”的物理名词成了新晋“网红”——对撞机,因为科学“大咖”们最近在争论中国现在要不要建大型对撞机“这种超大超贵的机器”。对撞机究竟是什么?国外发展如何?中国进展怎样?记者采访了业内权威专家。
    焦点一:什么是对撞机?
    上世纪以来,人类对于物质结构的认知已经从分子、原子、原子核层次,逐步深入到更小的结构单位夸克和轻子。如何对这些愈加微小粒子进行研究,这活儿只能让对撞机干。
    “对撞机是人类探索微观物质世界的‘超强显微镜’。科学家要研究的粒子愈微小,选用的对撞机体积就要愈庞大、粒子加速的能级也越高。现代大型加速器的周长可达数十千米,造价在几十亿到几百亿美元不等。”在国内外大型对撞机工作多年的上海应用物理研究所所长赵振堂说。
    对撞机家族成员众多。按照对撞粒子的种类分,可分为电子对撞机、质子-质子对撞机、电子-质子对撞机和重离子对撞机等;按照对撞机的形状分,可分为环形对撞机和直线对撞机。
    中国科学院物理研究所研究员曹则贤介绍,虽然对撞机的种类各有不同,但对撞机中用于碰撞的两束粒子一般会选择一对正反粒子,如电子与正电子或者质子与反质子。
    “一对高能正反粒子碰撞会湮灭,然后产生新的粒子。所以,对撞机可以帮助我们研究这些新粒子的内在性质、产率及其能量和动量的分布,理解粒子之间的基本相互作用,从而回答一些基础物理问题,如到底有哪些基本粒子,有怎样的相互作用,粒子的质量从哪里来,物质的起源等。”曹则贤说。
    在科学家眼中,对撞机就像一个具有神奇法力的“大魔盒”。因为当粒子被加速到极高能量、进行对撞后,没准儿就会产生地球上极为稀少的重要物理现象,通过捕捉、测量这些新现象,人类可以进一步发现自然世界的基本规律。
    焦点二:中国的对撞机发展如何?
    曹则贤表示,中国目前在北京、合肥和上海三地有加速器,但只有北京的加速器作为正负电子对撞机使用,运行在十亿电子伏特的能量水平上。如果有大型对撞机,可以在更高能量水平上从事粒子物理研究。
    回顾我国对撞机的发展历程,中科院高能物理研究所副研究员朱宏博说,上世纪七八十年代,经李政道、潘诺夫斯基等建议,国内科学家设计并充分论证,经国家领导人批示,建造北京正负电子对撞机。
    北京正负电子对撞机是世界八大高能加速器中心之一。1988年10月16日,两束正负电子在北京西郊一个羽毛球拍状的巨型机器里成功对撞,揭开了我国高能物理研究的新篇章。在稳定、高效运行了15年后,北京正负电子对撞机于2003年圆满完成了预定的科学使命。
    北京正负电子对撞机重大改造工程于2004年1月动工,耗资6.4亿元,于2009年5月成功通过验收,性能比改造前提高了30多倍,继续保持了我国在国际高能物理研究上的优势。
    中科院高能物理研究所所长王贻芳此前表示,规划的大型对撞机项目(以周长为100公里算)分两步走:第一步正负电子对撞机建设阶段,约在2022年至2030年间;第二步质子对撞机阶段,需要经过充分的科技攻关,严密的技术论证。
    (摘自《新华每日电讯》余晓洁、吴晶晶)□

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