对撞机 collider
定义:用以加速、积累、储存带电粒子并在其中使两个相向运动的高能粒子束对头碰撞的装置。对撞机通常由一台或几台储存环及注入器组成。按对撞的粒子种类分,有正负电子对撞机、电子-质子对撞机和质子-质子对撞机等。
学科:放射医学与防护_电离辐射剂量学_电离辐射与源
相关名词:对撞流干燥器 对撞式气流磨机 对撞束环
图片来源:视觉中国
【延伸阅读】
对撞机是一种让物质粒子发生相对碰撞的装置。在对撞机中,电子、质子、重离子等极微小的带电粒子均可被加速到极高的速度,甚至可以接近光速,然后进行相对碰撞。碰撞后产生的其他粒子被探测器捕获,用于科学研究。
现在人们已经认识到,组成物质的基本单元是基本粒子,已知的基本粒子一共有61种。基本粒子极其微小,肉眼无法观测,为了研究它们,人们需要借助强大的工具,对撞机就是这样的“超级显微镜”。它使人们能够探究物质最小、最基本的组成成分以及物质间最基本的相互作用。
按照形状不同,对撞机可以分为环形对撞机和直线对撞机。环形对撞机使粒子在环形真空管道中沿相反方向转圈和加速,并在特定的对撞点发生对撞。环形对撞机又分为单环对撞机和双环对撞机:单环对撞机中,两束粒子在同一条环形管道中相对运动;双环对撞机中,相对运动的两束粒子各占一条环形管道。直线对撞机使粒子在直线管道中加速,并在特定的对撞点发生对撞。
世界上第一台对撞机是意大利的正负电子对撞机“安妮罗的累积器”(Anello di Accumulazione,AdA),于1962年建成。它的环形真空盒的直径为160厘米。随着粒子物理研究的发展需求,世界各大高能物理实验室陆续建造了数十台对撞机,对撞机的能量和规模越来越大。
目前世界上在运行的最著名的对撞机是位于法国和瑞士交界处的大型强子对撞机(Large Hadron Collider,LHC),于2008年建成。它的环状隧道位于地下100米,总长度27千米,是现在世界上最大、能量最高的环形粒子加速器。在这里进行加速和对撞的是质子,最高速度达到99.9998%的光速。2012年,在大型强子对撞机上发现了希格斯粒子的存在,提出希格斯粒子的英国物理学家希格斯(P.W.Higgs)因此于次年获得了诺贝尔物理学奖。2022年,在大型强子对撞机上又发现了新粒子“五夸克态”。
我国于1984年至1988年建成了北京正负电子对撞机(Beijing Electron Positron Collider,BEPC),并于2009年完成了重大升级改造。北京正负电子对撞机的形状像一个羽毛球拍:“球拍柄”就是直线加速器,长202米;圆形“球拍”就是储存环,周长240米。在这里进行加速和对撞的是电子和正电子。2013年,北京正负电子对撞机发现了新的共振结构Zc(3900),被美国《自然》杂志评为当年十大科学发现之首。
责任编辑:张鹏辉