位于日内瓦附近、横跨瑞法边界的大型强子对撞机将于今年11月重新启动,这是欧洲核子中心(简称CERN)上周对外公布的消息。日前记者应邀参观了这个世界上最大的强子对撞机实验现场并采访了在此工作的北京大学钱思进教授。
投资超过60亿瑞郎
该大型强子对撞机主要用于高能物
“这个国际合作项目总投资超过60亿瑞士法郎,近400亿元人民币。”钱思进教授介绍说。整个环形轨道由9300多根长度不一的磁铁部件组成,这些部件旨在让被加速的两束质子束流沿环形束流管做平行反向运行和聚焦束流;质子束运行速度非常接近光速,即每秒沿27公里长的轨道转约1.1万圈,两个平行反向束流会在4个对撞点实现对撞。对撞后产生的碎片(次级粒子)将被4个体积庞大的大型粒子物理实验探测器加以鉴别和测量,科研人员可据此研究对撞时所产生的奇特现象,发现是否存在未知粒子、甚至探讨宇宙起源等。
钱教授讲解了有关质子束产生和加速等细节。质子束是从世界上最轻的氢元素中剥离电子而取得氢的原子核(即质子),上亿个这样的质子聚合一起就形成了“质子包”,成千上万个“质子包”构成的“质子束”通过5级加速才能达到最终需要的速度。第一级是直线加速,把静态“质子包”迅速提速到三分之一的光速,然后再经过周长逐步加大的4个环形加速器分级加速,最后一级加速是在低温(负271摄氏度)超导的设备中进行的,此时“质子包”被分向注入两条平行的轨道做反向运转,对撞时质子束流的能量将达到7万亿电子伏特,相当于两列重400吨的火车以150公里时速正面相撞的能量。参照卫星发射多级推进的方式就不难理解其加速过程。钱教授说,高速的质子束流在有限直径的环形轨道运行需要强磁场来使质子偏转,而强电磁场又需要由高电流来产生,高电流只有使用几乎“无电阻”的超导材料才不会出现像铜线那样产生高热而被烧断的情况。
小“失误”损失数千万瑞郎
上次大型强子对撞机是在去年9月正式启动的,但由于在上万处超导导线接头中,有一处连接不当而产生了一个非常小的电阻,当隧道中第三段至第四段磁铁在尝试进行提升束流能量至5万亿电子伏特质时,上万安培电流使这个小电阻产生高温从而击穿冷却管路,导致大量液氦泄漏,拟进行的对撞实验尚未开始就被迫停止。
据介绍,处于地下100米深处的环形轨道在正式实验时要用液态氦冷却到负271摄氏度,这个冷却过程不是“一蹴而就”,而需要3-4周的时间,升温过程也是如此。当发生事故或设备检修时,上述升降温过程需2个月,这还不包括从地下拆除设备、分析事故原因、维修或订购新器件以及重新安装设备、检测调试等程序。这就不难理解为何该对撞机一年多后才能重新启动。
“科学需要严谨和认真。”钱教授深有感触地说,一个小“失误”导致至少数千万瑞郎的损失,而且数千名科研人员不得不等待一年以上的时间。钱思进教授是我国“两弹一星”功勋科学家钱三强之子。回忆父辈教诲,钱教授始终不忘科研要追求“求是”和“认真”。他参与大型强子对撞机的科研经历再次使他感受到这一真谛。(上)
(本报日内瓦8月17日电)
图为欧洲核子研究中心的标志性建筑之一――科技展示馆。宋斌摄
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