加速器：拓寬人類視界的放大鏡 |
| 趙越玖 |
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“貪心”的人類總是難以滿足，又想知道原子之下，構(gòu)成物質(zhì)的最小單元究竟是什么。這時(shí)，普通電子顯微鏡已經(jīng)難以達(dá)到這一目的，于是加速器應(yīng)運(yùn)而生。加速器的工作原理，是用高能的粒子束撞擊想要研究的對(duì)象，再通過(guò)撞擊后的電子和研究對(duì)象的碎片，來(lái)分析研究對(duì)象的結(jié)構(gòu)，甚至探尋新的基本粒子。這一套數(shù)據(jù)分析的技術(shù)，要比普通電子顯微鏡的復(fù)雜很多。
加速器技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題，是如何獲取更高能量的粒子束。想象一下，要掰折一根木棍，成年人往往徒手就能做到；可要想把指甲蓋大小的木塊擊碎，就是很困難的事情了。對(duì)于粒子來(lái)說(shuō)也是這樣，打破越微小的結(jié)構(gòu)，所要求的能量就越高。
要想獲得高能量的粒子束，遠(yuǎn)沒有想象的那么容易。獲得高能粒子的主要思路，就是想盡一切辦法給它加速。想一想開汽車，從每小時(shí)60公里加速到每小時(shí)120公里，并不難做到；可要想從每小時(shí)120公里加速到每小時(shí)180公里，對(duì)汽車的性能、路面的狀況和所用燃油的品質(zhì)都不得不提出更高的要求。對(duì)高能粒子的加速也是這個(gè)道理，在粒子的速度已經(jīng)接近光速時(shí)，想要讓它獲得更高的速度，當(dāng)真是困難重重。1916年英國(guó)科學(xué)家盧瑟福研究人工核衰變現(xiàn)象時(shí)，使用天然的放射性粒子源就足夠了；可到了2012年大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）發(fā)現(xiàn)“上帝粒子”——希格斯玻色子時(shí)，加速器每小時(shí)的耗電量足夠一個(gè)二線城市使用一天！
現(xiàn)在能被實(shí)驗(yàn)證實(shí)的物理理論，主要由標(biāo)準(zhǔn)模型來(lái)描述。可是今天看來(lái)，標(biāo)準(zhǔn)模型理論的疏漏還很多，比如無(wú)法解釋暗物質(zhì)和暗能量的存在，無(wú)法將強(qiáng)相互作用與電弱相互作用統(tǒng)一。面對(duì)舊有理論的不完善，科學(xué)家們提出了不少合理的猜想，如超弦理論、超對(duì)稱理論等。檢驗(yàn)這些理論，都需要能量更高的加速器?？闪硪环矫妫ㄔO(shè)能量更高的加速器的花費(fèi)，將是一個(gè)難以想象的天文數(shù)字，而且就算建了新一代的大型加速器，究竟能不能有新的發(fā)現(xiàn)還是未知數(shù)。于是，不少科學(xué)家開始在設(shè)計(jì)小型加速器、研究宇宙線物理的方向上另辟蹊徑，走上了另一條充滿未知的道路。
大型超高能加速器究竟該不該建？未來(lái)的研究方向到底在哪里？
或許，可以用科學(xué)家文小剛先生的一句話作結(jié)：“物理學(xué)的多數(shù)新發(fā)現(xiàn)，都不是計(jì)劃出來(lái)的。”
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