大型强子对撞机对撞总能量达到7万亿电子伏特

大型强子对撞机对撞总能量达到7万亿电子伏特

科技部门户网站 https://www.wendangku.net/doc/c3967019.html, 2010年04月02日来源：科技日报

欧洲核子研究中心（CERN）在其官方网站发布视频消息称，欧洲大型强子对撞机（LHC）开始实施总能量达７万亿电子伏特的质子束流对撞，这是迄今最高能量的质子束流对撞试验。试验用于模拟137亿年前宇宙大爆炸之后的最初状态，并进行其他物理学重要课题研究。当日的对撞试验在一次故障后终获成功，欧核中心成员开启香槟交相庆贺。

当地时间30日上午，LHC正欲按原计划实施两束质子束流对撞实验时，研究人员突然发现两束质子束流意外丢失。在找到束流重新加速后，又一度出现冷却系统问题，致使加速中断。本次故障造成了几小时的延迟，所幸的是首次对撞依然取得了成功。

在当天的质子束流对撞完成后，LHC上的CMS探测器即时探测到对撞的发生，并制作出对撞当时的质子束流贯穿CMS探测器所留下的影像。欧核中心官网以直播视频的形式，公布了证明实验成功的图像及研究人员的欢庆场面。参与LHC实验的专家对当天的对撞不吝溢美之词，称其取得了超过预期的结果，堪称是一次重大意义的飞跃，并由此开创了物理学的新纪元。

LHC的巨型探测器之一，超环面仪器实验（ATLAS）的发言人法比奥拉·吉亚纳蒂称，借助本次破纪录的碰撞能量，LHC的研究领域得到了极大地拓展，同时也开启了对暗物质、希格斯粒子等层面的新研究。另一巨型探测器，紧凑渺子线圈实验（CMS）的发言人圭多·托内里表示，他们不久便将揭开许多重大物理之谜，比如物质的起源、力的守恒、暗物质等等，前景让人期待。欧核中心主任洛夫·霍耶尔则称：“人们为这一刻等待了很长时间，但现在他们的耐心与付出开始获得回报。”

对于本次撞击产生的新粒子，研究人员表示将继续进行分析观察。如一切顺利，LHC将持续运行18至24个月，其间在2010年底将有短暂技术停运。

LHC在设计之初，目标是可以将质子束流分别加速到7万亿电子伏特的超高能量并使之对撞，本次进行的是能量分别达3.5万亿电子伏特的对撞。这种对撞的实质其实是夸克和胶子之间的碰撞，对撞完成后，LHC将用于对称性破缺和质量起源课题的研究，寻找新粒子和新的物理现象，探求宇宙形成的秘密。

目前LHC巨大的主体部分位于日内瓦郊区的地下100米深的一条周长27公里的环形隧道里，走完全程要花4个多小时。在LHC实验身上投入的人力、物力和预期的科研成果，都使其跻身“大科学实验”行列的首位，也让LHC一直以来备受关注。2008年的初次启动将这种关注推到了顶点，自此LHC每一步的动向犹如不断投向水平面的石子，激起的波澜从未平息。面对种种不同的声音，欧核中心的科学家仍然满怀信心，研发的脚步虽几次受阻但从未曾停滞。科学界也普遍持看好态度，在2008年和2009年十大最受关注的科研活动中，LHC皆榜上有名。

“这不只是一套物理模型的完善，而是一个宇宙的诞生”，诸如此类的断言尽管有失科学的审慎，但显示了对LHC寄予厚望者大有人在。对于时常出现的关于LHC意义的探讨和质疑，研究人员会拿出《科学》

杂志的评价：“即使它（LHC）只能贡献少量科研数据，那也足以被视为重大进展。”

欧洲大型强子对撞机

欧洲大型强子对撞机 ——80国科学家联手解开宇宙大爆炸之谜 工程总投资：100亿美元 工程期限：1994年——2025年 这是晨光中的“创新球”系统。这个木质球体结构最初是为瑞士展览会Expo'02建造，直径40米，高27米。 2008年9月10日上午9时36分左右（北京时间15时36分），被称为世界规模最庞大的科学工程的欧洲大型强子对撞机（Large Hadron Collider，简称LHC），在位于瑞士-法国边界的对撞机控制室正式启动。随着第一束质子束被注入，安装在地下100米深的27公里长环形隧道内的世界上最大的粒子对撞机开始运行。

大型强子对撞机（LHC）是一个国际合作的计划，最初构想从1980年首度出现，1994年开始设计建造。它由欧洲20个国家联手发起，来自80多个国家和地区的约7000名科学家和工程师参与了建设，总投资达60亿至100亿美元。作为观察国的中国参与了4个大试验的设备建造，中国科学院高能物理研究所、北京大学、清华大学、中国原子能科学研究院、中国科技大学、南京大学、山东大学、华中师范大学和华中科技大学等科研院所和高校的科研人员参加了部分实验。中国科学家可以平等地享用对撞试验产生的100%的数据。 1999年以来，中国组(中科院高能所和北京大学等高校和科研机构的科学家)承担起LHC上两个最关键的实验探测装置之一CMS端部和桶部部分u探测器阴极室和阻性板室的研制任务,目前中国组已圆满完成该任务的研究、制造、测试、安装任务,并投入到LHC试验中。 欧洲大型强子对撞机是目前世界最大的粒子加速器，它建于瑞士和法国边境地区地下100米深处的环形隧道中，隧道全长26.659公里。隧道本身直径三米，位于同一平面上，并贯穿瑞士与法国边境，主要的部份大半位于法国，走完全程要花４个多小时。你可以将百慕大、摩纳哥和４个梵蒂冈塞进它所占的区域内。隧道内将维持在-271℃的极低温。这一温度将会出现超导现象，使得粒子在管道中几乎不受任何阻力，以至接近光速。对撞机从2003年开始建造，整个工程耗去54.6亿美元。 在一项长达10小时的实验中，粒子束的运行距离可能超过100亿公里(60亿英里)，足以在地球与海王星之间做个往返。在达到最大强度时，每一个粒子束拥有的能量相当于一辆以每小时1600公里(1000英里)行进的汽车。大型强子对撞机将消耗120兆瓦电量，相当于日内瓦所有家庭的用电量。 科学家希望，能够在对撞机前所未有的对撞能量帮助下，制造“迷你版”宇宙大爆炸之后的瞬间状况，探秘“希格斯玻色子”(Higgs boson)，“暗物质”，“暗能量”等其他未解之谜。希格斯玻色子以英国物理学家彼得·希格斯名字命名，他在44年前提出，希格斯玻色子是物质的质量之源以及电子和夸克等形成质量的基础，这种粒子给其他粒子赋予了质量，但它一直未被发现。 这台吸引了全世界物理学家目光的“巨无霸”原计划于8月份开动，但由于北京奥运会的热度，所有的电视频道都被占用，而LHC的科学家希望能够向全世界进行现场直播启动仪式，以展现现代物理学对当代社会的重要作用，因此推迟到了今天。

大型强子对撞机疑发现上帝粒子(图)

大型强子对撞机疑发现上帝粒子(图) 这是一幅计算机模拟图，显示如果出现一次希格斯事件时，粒子将出现的轨迹模式 这幅图显示大型强子对撞机(LHC)紧凑型μ子螺旋型磁谱仪(CMS)仪器的数据是如何证实或排除希格斯粒 子在不同能级水平上的存在的。

紧凑型μ子螺旋型磁谱仪(CMS)仪器结构示意图，长21米，宽15米，高15米 ATLAS探测设备示意图，长46米，宽25米，高25米，确实是一台超级庞然大物 新浪科技讯北京时间7月27日消息，希格斯-波色子通常又被称为“上帝粒子”，它被认为是万物的“质量之源”，同时也是标准模型中最后一种未被发现的粒子。物理学界长期以来试图寻找它踪迹的努力皆以失败告终，因此这种行踪诡秘的神秘粒子一直让科学家们为之疯狂。不过现在，来自欧洲大型强子对撞机(LHC)的数据显示，这种一直以来毫无踪迹的“上帝粒子”可能已经被找到了。 当然在此之前一直就有这种说法，说美国芝加哥附近的费米加速器已经找到了希格斯-波色子，尽管这种说法一度平息下去，但是最近几个月又一次出现起伏，甚嚣尘上。 而这一次的消息则要靠谱的多：欧洲核子中心(CERN)大型强子对撞机(LHC)的两台希格斯粒子探测仪器在该设备产生的海量数据中同时记录到了疑似信号。尽管谨慎地说，这一信

号目前还未能清晰到足以判定此项发现，但是这至少意味着这台耗资超过100亿美元，号称是这颗星球上最庞大复杂，同时也是最昂贵的科学仪器，毕竟正在朝着正确的方向前进。 LHC项目ATLAS探测设备设计小组发言人法波拉·托内利(Fabiola Tonelli)告诉英国《卫报》记者说：“我们现在还不能下任何断言，但是毫无疑问的，这非常有趣。”而令人振奋的是，另一台探测设备：紧凑型μ子螺旋型磁谱仪(Compact Muon Solenoid,CMS)小组也同样报告了探测到疑似信号结果。 这两个小组各自独立地于周五在法国召开的欧洲物理学会议上报告了自己的结果，这一会议是物理学界最大型的粒子物理学交流平台之一。ATLAS和CMS小组一直以来都在埋头于LHC对撞设备产生的数以亿万计的数据点阵中，苦苦寻找可能显示希格斯-波色子曾短暂存在的统计学信号。 根据此次的最新分析结果，物理学标准模预言的希格斯-波色子类型可能将在大约1400亿电子伏，即140 GeV的能级上出现。 考虑到统计学上的严谨性，此次的数据结果还无法支持一项确定的科学发现报告。不过无论如何，两台设备得到这样非常类似的疑似信号是非常令人兴奋的。 来自美国费米国家实验室的粒子物理学家唐纳德·林肯(Donald Lincoln)同时也是CMS 小组成员，他说：“如果你现在去询问任何一位有名望的物理学家，他们也不能告诉你任何更多的消息，他们只会说这非常非常有趣，而我能告诉你的，就是：这确实非常非常有趣。” 但是很显然还有很多科学家对此并不信服。意大利帕多瓦大学的托马索·多里格(Tommaso Dorigo)教授也是CMS小组成员，同时还担任美国费米实验室CDF小组成员。他说他“没有看到任何和希格斯-波色子有关的疑似信号”。几乎和前面所述的相反，他认为此次LHC所使用的能级恰恰给出了理论预言的希格斯粒子最不可能出现的能级。不过大多数物理学家都同意这样一个说法，那就是有关这种神秘粒子究竟是否存在这一终极问题，物理学家们不久之后应当就能给出一个相当明确的答案。 如林肯就说：“我讨厌进行具体的预测，但是很显然，考虑到目前的表现和进度，我想希格斯粒子被证实或者被排除的时间应该就会发生在最近几个月或几年内。” 寻找希格斯-波色子 寻找希格斯-波色子是一项巨大的工程，事实上这也是当初全世界合力建造这台超大型科学设备的主要初衷。 LHC设备位于法国-瑞士边境，它拥有一个长达27公里的地下环形隧道。在这个隧道中，粒子会被加速到接近光速并迎面对撞。撞击的结果会由安装在隧道各处的各种专用探测器捕捉并进行数据分析。 这种极高能对撞会产生一些极其罕见的物质，但是它们会瞬间衰变成较为常见的亚原子粒子，但是根据仪器记录到的数据，对这些粒子的分布情况，运动方向和速度等数据进行分

高考物理带电粒子在复合场中的运动解题技巧(超强)及练习题

一、带电粒子在复合场中的运动专项训练 1．下图为某种离子加速器的设计方案.两个半圆形金属盒内存在相同的垂直于纸面向外的匀强磁场.其中MN 和M N ''是间距为h 的两平行极板，其上分别有正对的两个小孔O 和 O '，O N ON d ''==，P 为靶点，O P kd '=（k 为大于1的整数）。极板间存在方向向上的匀强电场，两极板间电压为U 。质量为m 、带电量为q 的正离子从O 点由静止开始加 速，经O '进入磁场区域.当离子打到极板上O N ''区域（含N '点）或外壳上时将会被吸收。两虚线之间的区域无电场和磁场存在，离子可匀速穿过。忽略相对论效应和离子所受的重力。求： （1）离子经过电场仅加速一次后能打到P 点所需的磁感应强度大小； （2）能使离子打到P 点的磁感应强度的所有可能值； （3）打到P 点的能量最大的离子在磁场中运动的时间和在电场中运动的时间。 【来源】2015年全国普通高等学校招生统一考试物理（重庆卷带解析) 【答案】（1）22qUm B = （2）22nqUm B =，2 (1,2,3,,1)n k =-L （3） 22 22(1)t qum k -磁，2 2(1)=k m t h qU -电 【解析】 【分析】 带电粒子在电场和磁场中的运动、牛顿第二定律、运动学公式。 【详解】 （1）离子经电场加速，由动能定理： 2 12 qU mv = 可得2qU v m = 磁场中做匀速圆周运动：

2 v qvB m r = 刚好打在P 点，轨迹为半圆，由几何关系可知： 2 kd r = 联立解得B = ； （2）若磁感应强度较大，设离子经过一次加速后若速度较小，圆周运动半径较小，不能直接打在P 点，而做圆周运动到达N '右端，再匀速直线到下端磁场，将重新回到O 点重新加速，直到打在P 点。设共加速了n 次，有： 212 n nqU mv = 2n n n v qv B m r = 且： 2 n kd r = 解得：B = ， 要求离子第一次加速后不能打在板上，有 12 d r > 且： 2112 qU mv = 2 111 v qv B m r = 解得：2n k <， 故加速次数n 为正整数最大取21n k =- 即： B = 2(1,2,3,,1)n k =-L ； （3）加速次数最多的离子速度最大，取21n k =-，离子在磁场中做n -1个完整的匀速圆周运动和半个圆周打到P 点。 由匀速圆周运动： 22r m T v qB ππ= =

人教版物理高二选修3-4 15.1相对论的诞生同步练习(I)卷新版

人教版物理高二选修3-4 15.1相对论的诞生同步练习（I）卷新版 姓名:________ 班级:________ 成绩:________ 一、多选题 (共14题；共37分) 1. （3分）(2020·泰州模拟) 下述说法正确的有（） A . 将单摆从地球表面移到距地面高度等于地球半径R处的宇宙飞船中，摆动周期变为地球表面周期的2倍 B . 伦琴射线实际上是波长比可见光更短的电磁波 C . 全息照片往往用激光来拍摄，主要是利用了激光的相干性 D . 狭义相对论认为，在一切参考系中，物理规律都相同 【考点】 2. （2分） (2019高三上·扬州月考) 下列说法中正确的是（） A . 光的偏振现象证明了光波是纵波 B . 雷达是利用超声波来测定物体位置的设备 C . 在白炽灯的照射下从两块捏紧的玻璃板表面看到彩色条纹，这是光的干涉现象 D . 考虑相对论效应，一条沿自身长度方向运动的杆其长度总比杆静止时的长度长 【考点】 3. （3分）(2020·江苏模拟) 下列说法正确的是（） A . 真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的 B . 质点做简谐运动时，若位移为负值，加速度一定为正值，速度一定也为正值 C . 不同色光通过三棱镜，频率越大，折射率越小，偏折角度就越小

D . 医学上用激光做“光刀”来进行手术，主要是利用了激光的亮度高、能量大的特点 【考点】 4. （2分） (2019高二下·乾安月考) 下列说法中正确的是（） A . 光速不变原理指出光在真空中传播速度在不同惯性参考系中都是不同的 B . 变化的电场一定产生变化的磁场，变化的磁场一定产生变化的电场 C . 在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由红光改为绿光，则干涉条纹间距变宽 D . 声源与观察者相对靠近时，观察者所接收的频率大于声源振动的频率 【考点】 5. （3分）(2019·海拉尔模拟) 下列说法正确的是（） A . 太阳辐射的能量大部分集中在可见光及附近的区域 B . 两列机械波在同一介质中相遇，波长相同一定能获得稳定的干涉图案 C . 狭义相对论的第一个基本假设：力学规律在任何惯性系中都是相同的 D . 分别用紫光和绿光为光源用同一装置做单缝衍射实验，前者中央亮纹较宽 E . 电视机显像管里的电子枪发射电子束的强弱受图像信号的控制 【考点】 6. （3分）(2019·成都模拟) 下列说法正确的是（） A . 不管系统的固有频率如何，它做受迫振动的频率总等于周期性驱动力的频率，与系统的固有频率无关 B . 游泳时耳朵在水中听到的音乐与在岸上听到的是一样的，说明机械波从一种介质进入另一种介质，频率并不改变

强子对撞所释放的能量

一旦LHC开始运行，将产生出能量极为强大的质子束流。约有7000块磁铁被液态氦冷却到绝对温度－273K。维持在超导状态运行，引导并聚焦着两个质子束流。质子束流的速度可达光速的 99.9999991%。每个质子携带的能量将达到7万亿电子伏特，相当于质子静止质量所含能量的7000倍（参照爱因斯坦质能转换公式E = mc2）。目前最高能量记录保持者，是美国费米从事的实验室，达到万亿电子伏特正负质子对撞机。而大型强子对撞器所产生的质子能量，将是费米记录的7倍。而且根据设计参数，其产生的束流强度（也称亮度），将是万亿电子伏特正负质子对撞机束流的40倍。当它以最高能量状态满负荷运转时，在巨型圆环中绕行的所有粒子携带的总能量，大约相当于900辆时速100公里的小轿车所具有的总动能。 LHC不仅是世界上功能最强大的粒子加速器，也是世界上规模最大的机器，人力、物力投资和预期的科研成果，都跻身于“超大型科学实验”排行首位。LHC的研发，使一向低调的欧洲粒子物理研究中心备受关注：如此大型的实验机器，其意义究竟何在？用斯蒂芬－霍金的话来回答：“这项试验将宣布物理学上一个新的黄金时代即将到来。” 物理学家希望借由加速器对撞机来帮助他们解答下列的问题：（1）当重子的质量被更精确的测量时，标准模型是否仍然成立的？（2）粒子是否有相对应的超对称(SUSY)粒子存在？（3）为何物质与反物质是不对称的？（4）有更高维度的空间存在吗？（5）我们可以见到这启发弦论的现象吗？（6）宇宙有96%的质量是目前天文学上无

法观测到的，这些到底是什么？（7）为何重力比起其他三个基本作用力(电磁力，强作用力，弱作用力)差了这么多个数量级？ 型强子对撞机（LHC），要让两束运动方向相反的粒子流，进行正面加速后猛烈碰撞。其碰撞所释放的能量相当于一辆重400吨的火车，以每小时200公里的速度前进时所具有的能量。质子彼此撞击能产生出14万亿电子伏特的高能粒子，相当于费米纪录的7倍。

2013年度十大科技事件

2013年度十大科技事件 果壳科技评论今天15:40 2013年，科技一如既往以前所未有的速度向前发展。在这一年中，关于世界的本源，科学家们又多了一些认识，他们看见了化学键，确认了“上帝粒子”，也帮助人类更新了对自身的认识——对人体肠道菌群作用的发现开启了研究的新方向；这一年，美女宇航员王亚平在太空中给我们上了课，中国科学家们给月球发射了嫦娥和玉兔，宇宙也给地球送来了陨石；人造肉制造的汉堡、链接大脑、克隆胚胎干细胞，在科技活跃的同时，对科研伦理和技术专利的讨论也同样激烈。这一年充满了创新和突破，也有很多灾难和波折，在这许许多多的科技事件中筛选取舍，确实很难。 在2013年结束之际，果壳网主题站选择了10大科技事件及突破；是它们定义了这一年科学走过的足迹，是它们令我们的世界和人类的知识往前拓展。 Top 10. 人工耳和人造肉饼开启新的“人造时代“

［上］荷兰科学家马克·博斯特（Mark Post）向媒体展示人造肉汉堡。［下］肉饼使用了由干细胞培育而来的2万条肌肉纤维。图片来源：David Parry/EPA/TheGuardian 人类在地球上出现不过几百万年，但我们早已具备牵动地球的力量。2013年，“人造”的规模和意义又一次被重新定义。2月20日，康奈尔大学的研究者声明，用胶原蛋白和耳细胞造出了活的人工耳；与其他人工耳不同的是，这是使用3D 打印技术创造的，更自然、更便于使用。8月2日，荷兰研究者利用干细胞培养出的肉纤维，做出了第一个完全诞生于培养皿的人造肉饼。这个价值37万元的

肉饼后来被做成了汉堡，虽然因为缺乏脂肪而不那么好吃，但这项技术可能在遥远的未来导致畜牧业的终结。在3D打印和组织培养技术的今天，我们正在愈发模糊“天然”和“人工”的界限。 【相关报道】 ?谁知盘中餐，或是人造肉？ ?人造树叶的未来：污水+阳光=能量 ?美国的“人造鸡蛋”到底是个啥？ Top 9. 原子力显微镜，给化学键一张“素颜照” 中国科学家经过修改的非接触式原子力显微镜（AFM）首次将氢键可视化。图片来源：https://www.wendangku.net/doc/c3967019.html,

附加加速器往年部分题目答案

附加往年部分题目答案（此部分仅做复习参考） 1.1919 年，__卢瑟福__第一次实现了人工核反应. 2.相对论质量公式_____________. 3. 按照加速轨道形状，加速器可以分为__直线加速器__ 回旋加速器__ 和__环形加速器__. 4.按照加速机制的不同，加速器可以分为_常规弱焦加速器_和_弱焦加速器_. 5.按照加速器所加速粒子能量的范围可分为__低能加速器_、_中能加速器_、_高能加速器_和_超高能加速器_. 6.列举出三种常见离子源_高频离子源_、_潘宁离子源_和_双等离子体离子源_. 7. 高压加速器一般由_源装置_ 、_加速装置_ 、_输运装置_ 和_聚焦装置__.以及其他附属设备组成. 8.四极透镜可以分为_电四极透镜_和_磁四极透镜_两种. 9．加速器应用领域包括工业、医学、非核领域、_元素分

析_、_农业_、_基本粒子_和_核能_等等.（4 分） 10. 自动稳相式准共振加速器特点：_用高频电场进行加速_ 、_对某参量调变，使同步粒子满足共振条件，加速相位Φ保持变_ 和_同时一定范围内非同步粒子遵循自动稳相原理，围绕Φs作相振荡，能量显和轨道也围绕同步粒子摆动_.（6 分） 1. 加速器按照其加速粒子种类的不同，可以分为电子加速器、离子加速器和全粒子加速器. 2. 按照加速电场来分，加速器可以分为高压加速器、感应加速器和高频共振加速器. 3.表征粒子束流品质的参数有离子束流强、有用离子百分比、束的聚焦性能、离子源的效率、工作寿命、能散度、发射度和亮度等. 4. 高压加速器一般由高压电极、高压电源、加速管和离子源以及其他附属设备组成. 5.加速器根据其提供束流强度的大小可以分为强流加速器、中流加速器和弱流加速器. 6.上帝粒子（希格斯玻色子）是在欧洲核子研究组织（ERN）