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强子对撞机试验原理?是否真能产生黑洞?

来源:学生作业帮 编辑:作业帮 分类:综合作业 时间:2024/07/16 17:38:07
强子对撞机试验原理?是否真能产生黑洞?
世界上最大和最有威力的粒子加速器----大型强子对撞机(LHC)是欧洲粒子物理研究所(CERN)的加速器复合体的最新补充.大型强子对撞机主要由一个27公里长的超导磁体环和许多促使粒子能沿着特定方向传播的加速结构组成.
在这个加速器里面,2束高能粒子流在彼此相撞之前,以接近光速的速度向前传播.这两束粒子流分别通过不同光束管,向相反方向传播,这两根管子都处于超高真空状态.一个强磁场促使它们围绕那个加速环运行,这个强磁场是利用超导电磁石获得的.这些超导电磁石是利用特殊电缆线制成的,它们在超导状态下进行操作,有效传导电流,没有电阻消耗或能量损失.要达到这种结果,大约需要将磁体冷却到零下271摄氏度,这个温度比外太空的温度还低.由于这个原因,大部分加速器都与一个液态氦分流系统和其他设备相连,这个液态氦分流系统是用来冷却磁体的.
大型强子对撞机利用数千个种类不同,型号各异的磁体,给该加速器周围的粒子束指引方向.这些磁体中包括15米长的1232双极磁体和392四极磁体,1232双极磁体被用来弯曲粒子束,392四极磁体每个都有5到7米长,它们被用来集中粒子流.在碰撞之前,大型强子对撞机利用另一种类型的磁体“挤压”粒子,让它们彼此靠的更近,以增加它们成功相撞的机会.这些粒子非常小,让它们相撞,就如同让从相距10公里的两地发射出来的两根针相撞一样.
这个加速器、它的仪器和技术方面的基础设施的操作器,都安装在欧洲粒子物理研究所控制中心的同一座建筑内.在这里,大型强子对撞机内的粒子流将在加速器环周围的4个区域相撞,这4个区域与粒子探测器的位置相对应
当比我们的太阳更大的特定恒星在生命最后阶段发生爆炸时,自然界就会形成黑洞.它们将大量物质浓缩在非常小的空间内.假设在大型强子对撞机内的质子相撞产生粒子的过程中,形成了微小黑洞,每个质子拥有的能量可跟一只飞行中的蚊子相当.天文学上的黑洞比大型强子对撞机能产生的任何东西的质量更重.据爱因斯坦的相对论描述的重力性质,大型强子对撞机内不可能产生微小黑洞.然而一些纯理论预言大型强子对撞机能产生这种粒子产品.所有这些理论都预测大型强子对撞机产生的此类粒子会立刻分解.因此它产生的黑洞将没时间浓缩物质,产生肉眼可见的结果.
虽然稳定的微小黑洞理论站不住脚,但是研究宇宙射线产生的微小黑洞结果显示,它们没有危害.大型强子对撞机内发生的撞击,与地球等天体和宇宙射线发生碰撞不同,在大型强子对撞机内的碰撞过程中产生的新粒子,一般比宇宙射线产生的粒子的运行速度更加缓慢.稳定的黑洞不是带电,就是呈中性.不管是宇宙射线产生的粒子,还是大型强子对撞机产生的粒子,如果它们带电,它们就能与普通物质结合,这个过程在粒子穿越地球时会停止.地球依然存在的事实,排除了宇宙射线或大型强子对撞机可产生带电且危险的微小黑洞的可能性.如果稳定的微小黑洞不带电,它们与地球之间的互动将非常微弱.宇宙射线产生的那些黑洞可以在不对地球造成任何危害的情况下穿过它,进入太空,因此由大型强子对撞机产生的那些黑洞也可继续停留在地球上.然而,宇宙中有比地球更大更密集的天体.宇宙射线与中子星或白矮星等天体相撞产生的黑洞可处于休眠状态.地球等这种致密体继续存在的事实,排除了大型强子对撞机产生任何危险黑洞的可能性.