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大型强子对撞机首次加速原子:达到接近光速

文章来源:凤凰科学

发布者:MAPLEE

2018-08-10 16:31

近日,欧洲核子研究中心(CERN)大型强子对撞机(Large Hadron Collider,LHC)研究团队又取得了一项突破,他们使带有电子的原子加速到接近光速。该实验的目的是检验利用LHC产生高强度伽马射线的可行性,以推动物理学前沿研究。


或许有人对这些是否真的是人类加速到接近光速的第一批“原子”还存在疑问,这涉及一个语义学问题;大型强子对撞机是世界上最大的粒子加速器,一直在进行原子核的加速,这也是人们有时会将这台大型仪器称为“原子粉碎机”的原因。此前LHC还从未处理过带有电子的原子核。CERN在声明中解释称,研究人员加速了铅原子核,每个原子核都有一个电子环绕,在相对低能量的离子束中加速了“大约一个小时”。


铅原子正常情况下具有82个电子,研究人员将其中81个电子剥离,实际上使铅原子变成带正电荷的离子。接着,研究人员“将LHC提高到最高功率,使离子束保持了大约两分钟再发射出去”。在后续测试中,研究人员用一组较小的原子使全功率离子束保持了两个小时。


LHC物理学家米凯拉·绍曼(Michaela Schaumann)表示,加速带有电子的原子很有挑战性,因为“真的很容易将电子意外剥离……当这种情况发生时,原子核就会撞到离子束所在的管壁,因为此时它的电荷已经不再与LHC的磁场同步。”


这项耗资数百万欧元的实验具有自我保护措施,即光束在变得不稳定时会被自动弃置,以保护大型强子对撞机。


不过,研究人员称,这些复杂的原子束要比原先预计的稳定得多。绍曼表示,这是一个不错的结果,可以为一系列新的实验提供可能。这其中,最有趣的实验应该是利用这些复杂原子作为伽马射线源,使LHC变成一个伽马射线工厂。当LHC将原子加速到接近光速时,用激光激发电子从高能态转向低能态,就会释放出光子。


在LHC的加速下,这些光子将具有伽马射线的波长和能量。相比已有的用电子束产生伽马射线的手段,利用LHC产生的伽马射线强度会更高,可以用于新型粒子物理学实验及暗物质的探索。

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