斯蒂芬·霍金曾经指出如果我们想穿越时间，如果我们有一台像大型强子对撞机这样的机器，可以把我们加速到接近光速，那将会有所帮助。是的，先生，大型强子对撞机令人印象深刻以至于霍金把它看作时间旅行交通工具的选择。当然，它的名声也不是白来的:这个庞大的粒子加速器在2012年和2013年为我们提供了希格斯玻色子存在的证据，从而赢得了它的名声。在大型强子对撞机中发现希格斯粒子基本上证实了物理学的标准模型，该模型概述了宇宙中的基本粒子和作用力。不小的壮举。
当然，我们通常不会把“小”这个词与大型强子对撞机或欧洲强子对撞机联系在一起核研究组织(CERN))就那件事而言。想想欧洲核子研究中心的加速器综合体，它不仅仅是大型强子对撞机。如果你只是在没有任何初步步骤的情况下将质子投入大型强子对撞机，那就不会有太多的实验可谈:你不仅需要在质子进入大型强子对撞机之前加快它们的速度，还需要将它们集中成密集的束。为了做到这一点，在它们在大型强子对撞机中走向猛烈的命运之前，需要采取一些步骤[来源:大型强子对撞机的事实，欧洲核子研究中心]：
广告
- 首先，这些质子必须被送入一个线性加速器，使它们获得初始速度——这条线大约有98英尺(30米)。
- 之后，质子束进入质子同步加速器助推器，用脉冲电场使它们加速更快。助推器的周长为515英尺(157米)，它是圆形的，可以让粒子跑得更快，这为我们的主要问题提供了答案。(我们将在大型强子对撞机中深入探讨这一点。)
- 在助推器之后，质子束进入质子同步加速器，这是另一个圆形轨道，旨在刺激质子进入疯狂状态。它的周长约为2000英尺(628米)，它们的移动速度如此之快，几乎无法再快了。质子以99.9%的光速运动，这意味着它们开始获得质量而不是速度。准备好迎接LHC了吗?
- 不，对我们的质子能量还是不够。下一步是超级质子同步加速器。(不，超级可怕的质子同步加速器不会跟随它。)这是一个近4.5英里(7公里)的圆形加速器，你知道:它让质子“更快”地运动，这实际上意味着它们增加了能量，从而增加了质量。只有这样，在经过数英里的各种加速器之后，质子才能到达27公里长的大型强子对撞机，并在对撞机的真空管中进行不那么悠闲的漫步。
现在我们在这里:在巨大的大型强子对撞机中。它看起来像一个美丽的水晶洞穴。(开个玩笑，它看起来就像一条灯火通明、干净得令人着迷的地铁隧道，一条巨大的管道贯穿其中。)为什么如此微小的物质碎片需要如此大的空间来漫游呢?
第一个答案有点虎头蛇尾:我们开始使用大型强子对撞机是因为它已经在那里了。欧洲核子研究中心之前有一个最初占据空间的加速器(大型正电子对撞机)，它的体积如此之大，足以容纳(你猜对了!)电子和正电子的碰撞。那么，为什么LEP要建在328英尺(100米)深的地下呢?
它建在地下有一个相当基本的原因:事实证明，简单地挖一条隧道比购买土地和减轻环境影响更便宜[来源:欧洲核子研究中心］．(它还需要有一点坡度，以最大限度地减少垂直竖井的安装成本。)但是，LEP有如此宽的周长的原因，也触及了为什么LHC需要一个宽的停泊处的核心:这位女士需要一组漂亮的曲线。
大型强子对撞机的圆形弯曲是加速的必要条件，而加速对我们的粒子伙伴来说是如此重要。一切都始于牛顿运动定律该理论认为，除非受到一个力的作用，否则粒子(或任何东西，就此而言，没有双关语)将以恒定的速度运动。这意味着什么?粒子会以同样的速度直线运动除非有什么东西可以加速它们。
这个“东西”就是圆形加速器的曲线。与粒子沿直线运动的直线加速器不同，圆形加速器允许粒子在每次运动时获得能量。粒子的冒险］．(引导质子的巨大磁铁并没有增加能量，但电场增加了加速度。)一个圆形加速器会让质子不停地旋转，获得能量，同时也允许粒子的多个碰撞点——当然，一个线性加速器在最后只有一个碰撞点。
要回答为什么大型强子对撞机是圆形的，似乎与它的大小没有任何关系，但它确实相关。对质子来说，更小的跑道意味着它们需要更多的加速来适应更陡峭的曲线，并将失去更多的能量——因此碰撞就不会那么强[来源:巴特沃斯］．因此，需要一个大半径来让粒子的能量足够高，以加速和产生碰撞。
并不是所有的科学家都对目前大型强子对撞机的规模感到满意。目前正在认真考虑修建一条62英里(100公里)的轨道，为粒子碰撞提供更有能量的路径[来源:皮斯］．记住，获得的能量越高，可以发现的粒子质量就越大——这是识别新的难以捉摸的重粒子的重要方法[来源:帝国］．
广告
