世界上能量最高的對撞機是歐洲大型強子對撞機。大型強子對撞機是粒子物理科學家為了探索新的粒子，和微觀量化粒子的‘新物理’機制設備，是一種將質(zhì)子加速對撞的高能物理設備，英文名稱為LHC(Large Hadron Collider)。歐洲大型強子對撞機是現(xiàn)在世界上最大、能量最高的粒子加速器。大型強子對撞機坐落于日內(nèi)瓦附近瑞士和法國的交界侏羅山地下100米深·總長17英里（含環(huán)形隧道）的隧道內(nèi)。2008年9月10日，對撞機初次啟動進行測試。下面就跟360常識網(wǎng)一起具體看看世界上能量最高的對撞機等相關內(nèi)容。

過程及目的

建造過程和探索微觀粒子的目的

大型強子對撞器，英文名稱為LHC（Large Hadron Collider）是一座位于瑞士日內(nèi)瓦近郊歐洲核子研究組織CERN的粒子加速器與對撞機，作為國際高能物理學研究之用。地理坐標為北緯46°14′00″，東經(jīng)6°03′00″46.23;6.05，LHC已經(jīng)建造完成。

大型強子對撞機將是世界上最大、能量最高的粒子加速器，來自大約80個國家的7000名科學家和工程師。由40個國家建造。是一種將質(zhì)子加速對撞的高能物理設備。它是一個圓形加速器，深埋于地下100米，它的環(huán)狀隧道有27公里長，坐落于在瑞士日內(nèi)瓦的歐洲核子研究中心（又名歐洲粒子物理實驗室），橫跨法國和瑞士的邊境。

為了節(jié)省成本，物理學家們沒有開鑿一條昂貴的新隧道來容納新的對撞機，而是決定拆掉原來安置在歐洲原子核研究中心的正負電子加速器，代之以建造大型強子對撞機所需要的5萬噸設備。當兩個質(zhì)子束在環(huán)形隧道中沿著反方向運動的時候，強大的電場使它們的能量急劇增加。這些粒子每運行一圈，就會獲得更多的能量。要保持如此高能量的質(zhì)子束繼續(xù)運行需要非常強大的磁場。這么強的磁場是由冷卻到接近絕對零度的超導電磁體產(chǎn)生的。物理學家們最希望建造的是一個30公里長的機器，它能以至少5千億電子伏的能量將電子和正電子一起粉碎。目前；對撞機已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了‘希格斯粒子希格斯玻色子的存在，升級后發(fā)現(xiàn)‘夸克奇異重子’五種夸克的‘味變’集合體存在，改造升級能量的加大還會‘探索發(fā)現(xiàn)’超對稱粒子和希格斯耦合粒子與粒子的額外維相存在。

設備結(jié)構(gòu)

LHC是一個國際合作的計劃，由34個國家超過兩千位物理學家所屬的大學與實驗室所共同出資合作興建的。

LHC包含了一個圓周為27公里的圓形隧道，因當?shù)氐匦蔚木壒饰挥诘叵?0至150米之間。這是先前大型電子正子加速器（LEP）所使用隧道的再利用，隧道本身直徑三米，位于同一平面上，并貫穿瑞士與法國邊境，主要的部分大半位于法國。雖然隧道本身位于地底下，尚有許多地面設施如冷卻壓縮機，通風設備，控制電機設備，還有冷凍槽等等建構(gòu)于其上。

加速器通道中，主要是放置兩個質(zhì)子束管。加速管由超導磁鐵所包覆，以液態(tài)氦來冷卻。管中的質(zhì)子是以相反的方向，環(huán)繞著整個環(huán)型加速器運行。除此之外，在四個實驗碰撞點附近，另有安裝其他的偏向磁鐵及聚焦磁鐵。

LHC加速環(huán)的四個碰撞點，分別設有五個偵測器在碰撞點的地穴中。其中超環(huán)面儀器（ATLAS）與緊湊渺子線圈（CMS）是通用型的粒子偵測器。其他三個（LHC底夸克偵測器（LHCb），大型離子對撞器（ALICE）以及全截面彈性散射偵測器（TOTEM）則是較小型的特殊目標偵測器。

研究歷史

1994年，大型強子對撞機項目立項后，林恩·埃文斯理所當然地就成為了這個耗資百億美元的項目的負責人。對撞機從設計到建造，都由他全權(quán)負責。14年后，在瑞士和法國交界地區(qū)地下100米深處的周長為27公里的環(huán)形隧道里，埃文斯和全球80多個國家近萬名科學家的心血結(jié)晶——大型強子對撞機正式建成。

在2005年10月25日，因為起重機載貨的意外掉落，造成一位技術(shù)人員的喪生。

2007年3月27日，由費米實驗室所負責建造，一個用于LHC內(nèi)部的三極低溫超導磁鐵（屬于聚焦用四極磁鐵），因為支撐架的設計不良，在壓力測試時發(fā)生破損。雖然沒有造成人員的傷亡，但是卻嚴重影響了LHC開始運作的時程。

2008年6月15日，在埃文斯的退休儀式上，這6位主任紛紛親自出面或通過視頻向他致以敬意。他們還聯(lián)合簽署了一份文件，將大型強子對撞機以林恩·埃文斯的名字命名，并制作了一個對撞機偶極子的小模型贈送給埃文斯。

2008年9月10日，對撞機初次啟動進行測試。埃文斯將手指放在鼠標上，親自點擊啟動了首次測試。這次測試是研究人員將一個質(zhì)子束以順時針方向注入到加速器中，讓其加速到99.9998%光速的超快速度，從而使此質(zhì)子束在全長27公里的環(huán)形隧道中以每秒11245圈的速度狂飆。這一幕通過網(wǎng)絡視頻向世界進行了直播，還有300多名記者來到此實驗室目睹測試過程。

2008年9月19日，LHC，第三與第四段之間，用來冷卻超導磁鐵的液態(tài)氦，發(fā)生了嚴重的泄漏。據(jù)推測是由于聯(lián)接兩個超導磁鐵的接點接觸不良，在超導高電流的情況下融毀所造成的。依據(jù)CERN的安全條例，必需將磁鐵升回到室溫后詳細檢查才能繼續(xù)運轉(zhuǎn)，這將需要三到四周的時間。要再冷卻回運作溫度，也是得經(jīng)過三四周的時間，如此正好遇上預定的年度檢修時程，因此要開始運作將可能延遲至2009年春天。

2008年10月16日，CERN發(fā)布了關于液態(tài)氦泄漏事件的調(diào)查分析，證實了先前推測的為兩超導磁鐵間接點不良所造成的。由于安全條例確實地實行、安全設計皆有正常工作、并且替換用的零件都有庫存，預期2009年6月重啟。

運行狀況

2008年9月10日下午15：30正式開始運作，成為世界上最大的粒子加速器設施。2008年9月19日，LHC第三與第四段之間，用來冷卻超導磁鐵的液態(tài)氦，發(fā)生了嚴重的泄漏，導致對撞機暫停運轉(zhuǎn)。

自大約80個國家的7000名科學家和工程師參與了該項目。60余名中國科學家（其中近四十人為臺灣科學家）參與強子對撞機實驗。四個主要實驗均有中國科研單位和高校參與，分別為：中科院高能物理研究所、中國科技大學、山東大學、南京大學參與ATLAS實驗；中科院高能物理研究所、北京大學參與CMS實驗；華中師范大學參與ALICE實驗；清華大學參與LHCb實驗。

技術(shù)原理

大型強子對撞機（LHC）是歐洲粒子物理研究所(CERN）的加速器復合體的最新補充。

在這個加速器里面，2束高能粒子流在彼此相撞之前，以接近光速的速度向前傳播。這兩束粒子流分別通過不同光束管，向相反方向傳播，這兩根管子都處于超高真空狀態(tài)。一個強磁場促使它們圍繞那個加速環(huán)運行，這個強磁場是利用超導電磁石獲得的。這些超導電磁石是利用特殊電纜線制成的，它們在超導狀態(tài)下進行操作，有效傳導電流，沒有電阻消耗或能量損失。要達到這種結(jié)果，大約需要將磁體冷卻到零下271℃，這個溫度比外太空的溫度還低。由于這個原因，大部分加速器都與一個液態(tài)氦分流系統(tǒng)和其他設備相連，這個液態(tài)氦分流系統(tǒng)是用來冷卻磁體的。

大型強子對撞機利用數(shù)千個種類不同，型號各異的磁體，給該加速器周圍的粒子束指引方向。這些磁體中包括15米長的1232雙極磁體和392四極磁體，1232雙極磁體被用來彎曲粒子束，392四極磁體每個都有5到7米長，它們被用來集中粒子流。在碰撞之前，大型強子對撞機利用另一種類型的磁體“擠壓”粒子，讓它們彼此靠的更近，以增加它們成功相撞的機會。這些粒子非常小，讓它們相撞，就如同讓從相距10公里的兩地發(fā)射出來的兩根針相撞一樣。

這個加速器、它的儀器和技術(shù)方面的基礎設施的操作器，都安裝在歐洲粒子物理研究所控制中心的同一座建筑內(nèi)。在這里，大型強子對撞機內(nèi)的粒子流將在加速器環(huán)周圍的4個區(qū)域相撞，這4個區(qū)域與粒子探測器的位置相對應。

工作流程

兩個對撞加速管中的質(zhì)子，各具有的能量為7 TeV（兆兆電子伏特），總撞擊能量達14 TeV之譜。每個質(zhì)子環(huán)繞整個儲存環(huán)的時間為89微秒（microsecond）。因為同步加速器的特性，加速管中的粒子是以粒子團（bunch）的形式，而非連續(xù)的粒子流。整個儲存環(huán)將會有2800個粒子團，最短碰撞周期為25納秒（nanosecond）。在加速器開始運作的初期，將會以軌道中放入較少的粒子團的方式運作，碰撞周期為75納秒，再逐步提升到設計目標。

在粒子入射到主加速環(huán)之前，會先經(jīng)過一系列加速設施，逐級提升能量。其中，由兩個直線加速器所構(gòu)成的質(zhì)子同步加速器（PS）將產(chǎn)生50 MeV的能量，接著質(zhì)子同步推進器（PSB）提升能量到1.4GeV。而質(zhì)子同步加速環(huán)可達到26 GeV的能量。低能量入射環(huán)（LEIR）為一離子儲存與冷卻的裝置。反物質(zhì)減速器（AD）可以將3.57 GeV的反質(zhì)子，減速到2 GeV。最后超級質(zhì)子同步加速器(SPS）可提升質(zhì)子的能量到450 GeV。

LHC也可以用來加速對撞重離子，例如鉛（Pb）離子可加速到1150 TeV。由于LHC有著對工程技術(shù)上極端的挑戰(zhàn)，安全上的確保是極其重要的。當LHC開始運作時，磁鐵中的總能量高達100億焦耳（GJ），而粒子束中的總能量也高達725百萬焦耳（MJ）。只需要10?7總粒子能量便可以使超導磁鐵脫離超導態(tài)，而丟棄全部的加速粒子可相當于一個小型的爆炸。

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