世界上究竟有几台粒子对撞机

世界有几台粒子对撞机

在当代物理研究领域中，粒子对撞机是必不可少的设备。那么世界上究竟有几台粒子对撞机呢？

世界上究竟有几台粒子对撞机

目前，世界上共有四台主要的粒子对撞机，分别是：欧洲核子中心的大型强子对撞机（LHC）、美国费米加速器实验室的德州大型强子对撞机（Tevatron）、瑞士的欧洲粒子物理研究中心的超导强子对撞机（SPS）和美国布鲁克海文实验室的相对论重离子对撞机（RHIC）。

大型强子对撞机（LHC）

LHC是目前世界上、能的粒子对撞机，位于瑞士和法国边界处欧洲核子中心，其环形轨道周长达27公里。LHC使用极强的磁场来加速质子和离子以极高的能量进行碰撞，从而让科学家研究宇宙大爆炸后宇宙的演化。

德州大型强子对撞机（Tevatron）

Tevatron是美国费米加速器实验室的强子对撞机，于1983年开始运行，能量为1.96TeV。Tevatron主要进行质子和反质子对撞实验，研究标准模型中的粒子和相互作用。

超导强子对撞机（SPS）

SPS是欧洲粒子物理研究中心的强子对撞机，于1976年开始运行，能量为450GeV。SPS的主要任务是加速重离子，探索原子核的结构和性质。

相对论重离子对撞机（RHIC）

RHIC是美国布鲁克海文实验室的重离子对撞机，于2000年开始运行，能量为200GeV。RHIC主要进行重离子对撞实验，研究强子物质的性质和相互关系，以及宇宙形成的过程。

总的来说，四台粒子对撞机各有不同的特点和任务。通过这些设备，科学家们能够更深入地研究物质的本质和宇宙的演化，为人类认识和探索自然世界做出了贡献。

粒子对撞机有什么作用

粒子对撞机的作用是积累并加速相继由前级加速器注入的两束粒子流，到一定束流强度及一定能量时使其在相向运动状态下进行对撞，以产生足够高的相互作用反应率，便于测量。

用高能粒子轰击静止钯（粒子）时，只有质心系中的能量才是粒子相互作用的有效能量，它只占实验室系中粒子总能量的一部分。如果射到靶上的粒子能量为E，则对靶中同种粒子作用的质心系能量约为E。

一起来看看世界的物理实验室长什么样

意大利格朗萨索实验室

这是一条透亮的通往格朗萨索实验室（Gran Sasso National Laboratory）的隧道，该实验室位于地下1500米处。

格朗萨索实验室的内部，该实验室是世界上的地下实验室。

布鲁克海文实验室

位于美国纽约长岛的布鲁克海文实验室（Brookhen National Laboratory）的相对论重离子对撞机（RHIC)，图中的显示的是仍在运行的STAR探测器的多彩侧面视图，负责追踪对撞机里产生的成千上万的粒子。

纽约布鲁克海文实验室相对论重离子对撞机的地下隧道。2011年费米实验室关闭后，该实验室是美国正在运行的粒子对撞机。

加拿大TRIUMF研究中心

加拿大TRIUMF研究中心一后未来主义的控制室。该实验室拥有世界上的回旋加速器。

TIGRESS探测器，该实验主要拍摄不同元素特有的同位素在相互作用和衰变时释放的伽玛射线。

TRIUMF研究中心的内部。金属横梁和一堆100吨重的混你土砖构成的辐射屏障，用以隔离介子大厅中悬浮粒子的辐射。

欧洲核子研究中心

欧洲核子研究中心CERN，是世界上的粒子物理学实验室。整个机构位于瑞士日内瓦西部接壤法国的边境。该图为CERN的大型强子对撞机（LHC）的隧道。

三体为什么粒子对撞

粒子对撞实验的目的是检验人们的实验仪器和探索微观粒子的 宏观效应,认识量子粒子的新规律。

粒子对撞机就是目前人类进一步探索物质世界，尤其是微观物质世界的有力观测工具。

三体中为什么丁仪粒子对撞实验

卢瑟福研究组做的实验。三体中丁仪粒子对撞实是因为1909年卢瑟福研究组做了一个实验，用α粒子轰击只有几个原子厚的金箔，如果原子中的正电荷真的是均匀分布的，α粒子就会轻松穿过金箔。

粒子对撞机中撞出的美妙粒子轨迹，科学家是如何来分析轨迹的？

我们的世界，如沙滩、人类、行星以及星系，仅由三种基本粒子组成。它们是电子、上夸克和下夸克。这三种粒子组成了原子、分子、化合物，以及宇宙的任何物质。

物理学家为了探索、发现和量化基本粒子，建立了一种将微观粒子加速对撞的高能物理实验装置，即粒子对撞机。其作用是在高能加速器中积累并加速粒子流，达到一定能量时使粒子对撞，产生科学家预期的效果。

例如设在瑞士的欧洲联合核子物理中心CERN（又称欧洲粒子物理实验室）。它的大型强子加速器LHC，是目前全球的、能量的粒子加速器。它的加速环形隧道位于地下，长度达27公里。

粒子在对撞前，数以百万计的粒子被加速至光速的99.999%。实验所记录下来的粒子碰撞过程的轨迹线路图，是现代物理前沿的粒子碰撞奇观，它帮助科学家取得了许多重大科研成果。

LHC实验还揭示了，伴随能量的释放，一种元素可以由另一种元素产生。也就是宇宙学上认为的大爆炸的产物能够一步步演变为今天宇宙中的所有物质。

随着粒子加速器被改进得更加完善和精密，科学家能够地测量出在粒子碰撞中有多少能量释放出来，以及靶上的物质同时损失了多少质量。用不同质量的粒子作靶，释放出的能量总是与靶上质量的损失成正比关系。这恰好验证了爱因斯坦早年的预言，即质能方程E=mc^2的正确，能量和质量在一定条件下可以相互转换。

在对撞机中已经观察和记录到了碰撞瞬间炫丽的粒子轨迹，那么科学家是如何分析和解读这些粒子轨迹的呢？

今天的电子探测器可以捕捉到碰撞后粒子运动的轨迹，并且把这些轨迹在计算机上显示出来。科学家可以直接分析对撞机中发生的碰撞事件，从不同粒子的不同轨迹组成的图案中，能够得到诸多有意义的结果。

通常情况下，实验装置还被置于磁场中，由粒子在磁场中的偏转方向可以判定粒子所带电荷的正或者负。各种不同种类的粒子都具有自己的轨迹形状，例如一些粒子的轨迹会有方向偏转，而另一些又是快速形成向内的螺旋线等。

上图以及下图均由CERN的计算机模拟出的不同粒子碰撞图。这些图是计算机根据从放置在发生粒子碰撞的位置的探测器所得到的真实数据绘制的。

换句话说，每一种粒子都有自己独具特征的、可以辨别的轨迹。每当碰撞出一种新的、很明显有未识别的轨迹时，轨迹的偏转角度、长度、曲率等参数，就会给出这种粒子的质量和行为特征线索。科学家利用了这种分析方法，如果理论所预言的某种粒子一旦真的在加速器中产生出来，它很快就被“识别身份”。

比如，2012年在物理学界引起轰动的希格斯粒子的发现，被标榜为这个时代伟大的发现之一，其成果正是在CERN取得的。物理学家希格斯（Peter Higgs）在55年前预言了希格斯粒子的存在，它是粒子物理标准模型的拱顶石。