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2018年 12月 18日      
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世紀實驗 - 大型強子對撞機(LHC)

科學世界在此鄭重推介一個超級科學實驗LHC大型重子撞擊器

先簡談大爆炸理論

大爆炸理論簡單來說就是,大約在一百五十至二百億年前,想像把整個宇宙都壓縮集中在一個體積很小的一點中,然而這個點突然在瞬間爆炸,整個宇宙在瞬間急速膨脹,時間就是在這時開始,是目前普遍相信的一種宇宙起始理論。

「大型強子對撞機」(Large Hadron Collider)

歐洲核子研究中心(CERN)的模擬宇宙大爆炸的實驗,其深處地下100米隧道中的「大型強子對撞機」(簡稱LHC),在本港時間9月10日下午三時半正式啟動。將第一束質子束流,注入對撞機,模擬宇宙大爆炸(Big Bang)。今次試驗耗資90億(約 702 億港元)美元,可望揭開宇宙大爆炸理論的真確性,拓闊對宇宙起源的認識。






實驗室設在27公里長的圓形隧道,加速器通道中,主要是放置兩個質子束管。加速管由超導磁鐵所包覆。超導磁鐵會把質子和離子,加速至接近光速,讓它們撞擊、粉碎並釋放能量。專家估計,撞擊時瞬間溫度高達攝氏1萬億度,相當於太陽中心溫度的10萬倍,而撞擊能量將達14兆電子伏特。隧道設有4處撞擊區(分别設有五個偵測器:包括超環面儀器(ATLAS)、通用的粒子偵測器緊凑渺子綫圈(CMS)、LHC底夸克偵測器(LHCb)、大型離子對撞器(ALICE)以及較子型的偵測器全截面彈性散射偵測器(TOTEM)),以偵測器捕捉撞擊後迸裂的質子殘骸。



同時,大強子對撞器加速環周邊的超流體氦冷卻系統,使機器的溫度維持在攝氏零下271.3度。為蒐集質子每秒相撞6億次所產生的資料,科學家已建造裝置,以偵測分子在十億分之一秒的景象。這套系統也記錄分子在十億分之一秒的位置。這一刻就像宇宙大爆炸之後,釋放大量能量和基本粒子,冷卻後形成組成物質的質子和中子。透過這大爆炸的模擬,科學家能得出很多有用科學數據。









物理學家希望借加速器對撞機來幫助他們解答下列的問題:

• 物質的標準模型是否成立?其中的希格斯粒子(Higgs bosons)是真實存在呢?如果存在,那麼希格斯粒子有多少種,質量又分别是多少呢?

• 粒子是否有相對應的“超對稱”(SUSY)粒子存在? 為何“物質”與“反物質”是不對稱的?

• 三維空間之外是否有更多空間(卡鲁扎-克莱因理論,科學家推算共有11維空間)?弦論的是否成立呢?

• 宇宙有 96% 的質量是目前天文學上無法觀測到的,這是否科學家推論的黑暗物質呢?

• 為何引力比起其他三個基本作用力(電磁力,強作用力,弱作用力)差了這麼多個數量級?

• 另大爆炸理論是否真確?黑洞和蟲洞又如何形成(或會否形成)?



這是本世紀中最令人期待的科學實驗,它能引證或提供更多資料讓科學家考查;這實驗考證問題之多,牽涉之廣,規模之大,實在是令人引頸以待。
不過也有人擔心撞擊實驗可能造成災難性後果,例如實驗會造成微型黑洞,導致地球被黑洞吞噬。但不少有名的科學家(如史提芬霍金等)已提出此實驗即使能造出黑洞,其規模之少也是不足為懼的。
讓我們一起期待這實驗的結果能否把我們的科學認知推展至另一個新的境界。

相關網站 :
http://public.web.cern.ch/public/
歐洲核子研究組織European Organisation for Nuclear Research (CERN)的官方網站。

http://lhc.web.cern.ch/lhc/
介紹LHC的網站。

http://www.youtube.com/watch?v=j50ZssEojtM
將LHC各種理論以Rap的形式唱出,有趣淺白。

 
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