世界上能量最高的對撞機(jī)是歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)。大型強(qiáng)子對撞機(jī)是粒子物理科學(xué)家為了探索新的粒子，和微觀量化粒子的‘新物理’機(jī)制設(shè)備，是一種將質(zhì)子加速對撞的高能物理設(shè)備，英文名稱為LHC(Large Hadron Collider)。歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)是現(xiàn)在世界上最大、能量最高的粒子加速器。大型強(qiáng)子對撞機(jī)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(jī)初次啟動(dòng)進(jìn)行測試。下面就跟360常識(shí)網(wǎng)一起具體看看世界上能量最高的對撞機(jī)等相關(guān)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(qiáng)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?xì)W洲核子研究組織CERN的粒子加速器與對撞機(jī)，作為國際高能物理學(xué)研究之用。地理坐標(biāo)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(qiáng)子對撞機(jī)將是世界上最大、能量最高的粒子加速器，來自大約80個(gè)國家的7000名科學(xué)家和工程師。由40個(gè)國家建造。是一種將質(zhì)子加速對撞的高能物理設(shè)備。它是一個(gè)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(shí)驗(yàn)室），橫跨法國和瑞士的邊境。
為了節(jié)省成本，物理學(xué)家們沒有開鑿一條昂貴的新隧道來容納新的對撞機(jī)，而是決定拆掉原來安置在歐洲原子核研究中心的正負(fù)電子加速器，代之以建造大型強(qiáng)子對撞機(jī)所需要的5萬噸設(shè)備。當(dāng)兩個(gè)質(zhì)子束在環(huán)形隧道中沿著反方向運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，強(qiáng)大的電場使它們的能量急劇增加。這些粒子每運(yùn)行一圈，就會(huì)獲得更多的能量。要保持如此高能量的質(zhì)子束繼續(xù)運(yùn)行需要非常強(qiáng)大的磁場。這么強(qiáng)的磁場是由冷卻到接近絕對零度的超導(dǎo)電磁體產(chǎn)生的。物理學(xué)家們最希望建造的是一個(gè)30公里長的機(jī)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(jī)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了‘希格斯粒子希格斯玻色子的存在，升級(jí)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(jí)能量的加大還會(huì)‘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(shè)備結(jié)構(gòu)
LHC是一個(gè)國際合作的計(jì)劃，由34個(gè)國家超過兩千位物理學(xué)家所屬的大學(xué)與實(shí)驗(yàn)室所共同出資合作興建的。
LHC包含了一個(gè)圓周為27公里的圓形隧道，因當(dāng)?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(shè)施如冷卻壓縮機(jī)，通風(fēng)設(shè)備，控制電機(jī)設(shè)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(gè)質(zhì)子束管。加速管由超導(dǎo)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(gè)環(huán)型加速器運(yùn)行。除此之外，在四個(gè)實(shí)驗(yàn)碰撞點(diǎn)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(gè)碰撞點(diǎn)，分別設(shè)有五個(gè)偵測器在碰撞點(diǎn)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(gè)（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(biāo)偵測器。
研究歷史
1994年，大型強(qiáng)子對撞機(jī)項(xiàng)目立項(xiàng)后，林恩·埃文斯理所當(dāng)然地就成為了這個(gè)耗資百億美元的項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人。對撞機(jī)從設(shè)計(jì)到建造，都由他全權(quán)負(fù)責(zé)。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(gè)國家近萬名科學(xué)家的心血結(jié)晶——大型強(qiáng)子對撞機(jī)正式建成。
在2005年10月25日，因?yàn)槠鹬貦C(jī)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(fèi)米實(shí)驗(yàn)室所負(fù)責(zé)建造，一個(gè)用于LHC內(nèi)部的三極低溫超導(dǎo)磁鐵（屬于聚焦用四極磁鐵），因?yàn)橹渭艿脑O(shè)計(jì)不良，在壓力測試時(shí)發(fā)生破損。雖然沒有造成人員的傷亡，但是卻嚴(yán)重影響了LHC開始運(yùn)作的時(shí)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(qiáng)子對撞機(jī)以林恩·埃文斯的名字命名，并制作了一個(gè)對撞機(jī)偶極子的小模型贈(zèng)送給埃文斯。
2008年9月10日，對撞機(jī)初次啟動(dòng)進(jìn)行測試。埃文斯將手指放在鼠標(biāo)上，親自點(diǎn)擊啟動(dòng)了首次測試。這次測試是研究人員將一個(gè)質(zhì)子束以順時(shí)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(luò)視頻向世界進(jìn)行了直播，還有300多名記者來到此實(shí)驗(yàn)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(dǎo)磁鐵的液態(tài)氦，發(fā)生了嚴(yán)重的泄漏。據(jù)推測是由于聯(lián)接兩個(gè)超導(dǎo)磁鐵的接點(diǎn)接觸不良，在超導(dǎo)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(xì)檢查才能繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，這將需要三到四周的時(shí)間。要再冷卻回運(yùn)作溫度，也是得經(jīng)過三四周的時(shí)間，如此正好遇上預(yù)定的年度檢修時(shí)程，因此要開始運(yùn)作將可能延遲至2009年春天。
2008年10月16日，CERN發(fā)布了關(guān)于液態(tài)氦泄漏事件的調(diào)查分析，證實(shí)了先前推測的為兩超導(dǎo)磁鐵間接點(diǎn)不良所造成的。由于安全條例確實(shí)地實(shí)行、安全設(shè)計(jì)皆有正常工作、并且替換用的零件都有庫存，預(yù)期2009年6月重啟。
運(yùn)行狀況
2008年9月10日下午15：30正式開始運(yùn)作，成為世界上最大的粒子加速器設(shè)施。2008年9月19日，LHC第三與第四段之間，用來冷卻超導(dǎo)磁鐵的液態(tài)氦，發(fā)生了嚴(yán)重的泄漏，導(dǎo)致對撞機(jī)暫停運(yùn)轉(zhuǎn)。
自大約80個(gè)國家的7000名科學(xué)家和工程師參與了該項(xiàng)目。60余名中國科學(xué)家（其中近四十人為臺(tái)灣科學(xué)家）參與強(qiáng)子對撞機(jī)實(shí)驗(yàn)。四個(gè)主要實(shí)驗(yàn)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(xué)、山東大學(xué)、南京大學(xué)參與ATLAS實(shí)驗(yàn)；中科院高能物理研究所、北京大學(xué)參與CMS實(shí)驗(yàn)；華中師范大學(xué)參與ALICE實(shí)驗(yàn)；清華大學(xué)參與LHCb實(shí)驗(yàn)。
技術(shù)原理
大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）是歐洲粒子物理研究所(CERN）的加速器復(fù)合體的最新補(bǔ)充。
在這個(gè)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(gè)強(qiáng)磁場促使它們圍繞那個(gè)加速環(huán)運(yùn)行，這個(gè)強(qiáng)磁場是利用超導(dǎo)電磁石獲得的。這些超導(dǎo)電磁石是利用特殊電纜線制成的，它們在超導(dǎo)狀態(tài)下進(jìn)行操作，有效傳導(dǎo)電流，沒有電阻消耗或能量損失。要達(dá)到這種結(jié)果，大約需要將磁體冷卻到零下271℃，這個(gè)溫度比外太空的溫度還低。由于這個(gè)原因，大部分加速器都與一個(gè)液態(tài)氦分流系統(tǒng)和其他設(shè)備相連，這個(gè)液態(tài)氦分流系統(tǒng)是用來冷卻磁體的。
大型強(qiáng)子對撞機(jī)利用數(shù)千個(gè)種類不同，型號(hào)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(gè)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(qiáng)子對撞機(jī)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(jī)會(huì)。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(gè)加速器、它的儀器和技術(shù)方面的基礎(chǔ)設(shè)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(qiáng)子對撞機(jī)內(nèi)的粒子流將在加速器環(huán)周圍的4個(gè)區(qū)域相撞，這4個(gè)區(qū)域與粒子探測器的位置相對應(yīng)。
工作流程
兩個(gè)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(dá)14 TeV之譜。每個(gè)質(zhì)子環(huán)繞整個(gè)儲(chǔ)存環(huán)的時(shí)間為89微秒（microsecond）。因?yàn)橥郊铀倨鞯奶匦�，加速管中的粒子是以粒子團(tuán)（bunch）的形式，而非連續(xù)的粒子流。整個(gè)儲(chǔ)存環(huán)將會(huì)有2800個(gè)粒子團(tuán)，最短碰撞周期為25納秒（nanosecond）。在加速器開始運(yùn)作的初期，將會(huì)以軌道中放入較少的粒子團(tuán)的方式運(yùn)作，碰撞周期為75納秒，再逐步提升到設(shè)計(jì)目標(biāo)。
在粒子入射到主加速環(huán)之前，會(huì)先經(jīng)過一系列加速設(shè)施，逐級(jí)提升能量。其中，由兩個(gè)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(jìn)器（PSB）提升能量到1.4GeV。而質(zhì)子同步加速環(huán)可達(dá)到26 GeV的能量。低能量入射環(huán)（LEIR）為一離子儲(chǔ)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(jí)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(dāng)LHC開始運(yùn)作時(shí)，磁鐵中的總能量高達(dá)100億焦耳（GJ），而粒子束中的總能量也高達(dá)725百萬焦耳（MJ）。只需要10?7總粒子能量便可以使超導(dǎo)磁鐵脫離超導(dǎo)態(tài)，而丟棄全部的加速粒子可相當(dāng)于一個(gè)小型的爆炸。
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