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停機14個月 大型強子對撞器重新啟動





瑞士日內瓦「歐洲核子研究組織」管制中心的科學家,二十日慶祝全球最大粒子加速器「大型強子對撞器」(LHC)重新運轉。(法新社)

〔編譯羅彥傑/綜合二十日外電報導〕歷經十四個月的修復,造價百億美元的全球最大粒子加速器「大型強子對撞器」(LHC),二十日晚間首度恢復運轉,預計明年就會進行首次高能粒子對撞。


全球最大粒子加速器


LHC坐落在瑞士與法國交界,一個長達二十七公里的環形地下隧道內,以接近絕對零度(攝氏零下二百七十一度)的低溫運作,比外太空還冷。它能使以接近光速運行的兩束質子束在環形地下隧道的四具偵測器內迎面對撞,偵測撞出來的更小粒子。科學家希望藉此找出理論上存在的「希格斯粒子」,及模擬一百三十七億年前宇宙誕生的大爆炸後最初情況。


不料去年九月十日首次發射質子束繞行LHC後九天,就因為設備問題導致機件發生一連串損害。瑞士日內瓦的「歐洲核子研究組織」(CERN)耗資四千萬美元修復與改良LHC,以避免重蹈覆轍。


為進行可能自明年一月展開的新科學實驗,CERN逐步推動LHC的重新啟動。發言人吉里斯表示,二十日的LHC重啟作業進展要比預期更快,提早約九小時,首次的質子束繞行是在當地時間晚間十時左右,以順時鐘方向繞行。約兩小時後,科學家讓另一道質子束以相反方向繞行。


微型黑洞帶來世界末日?


吉里斯說,此次重啟乃是LHC邁向科學發現之路的重要里程碑。他強調,LHC一週後將進行低能量相撞,明年進行高能對撞。去年實驗展開前,曾有人擔心將製造出微型黑洞,帶來世界末日。


















大型強子對撞器介紹

歐洲核子研究組織(CERN)的「大型強子對撞器」Large Hadron Collider(LHC)於2008 年 9 月10日啟動運作,以下為這個全球最大粒子加速器的介紹:



  • 「強子」是一種次原子粒子,在粒子物理標準模型中,所有具有強相互作用力的粒子都叫做強子,科學界認為,宇宙的基本粒子就是夸克,而3個夸克所組成的粒子就稱為「強子」。
  • 大型強子對撞器實驗在最深達地底下175公尺、長27公里環型隧道進行,將把氫質子或鉛離子加速到光速的99.9999%相撞。這處隧道位於涵蓋瑞士和法國的兩國邊境。
  • 兩束質子以相對方向同時環繞隧道加速,然後由超強力超導磁鐵讓質子束「偏向」,讓它們在四處大型對撞區對撞,對撞瞬間溫度將比太陽熱10萬倍,重現137億年前促使宇宙誕生的大爆炸後最初情況。
  • 環型隧道是全球最大的冰箱。超導磁鐵溫度只比絕對零度(攝氏零下271度)高1.9度,比深外太空還冷。
  • 撞擊區本身規模也很龐大,最大型的超環面儀(ATLAS)長46公尺、高25公尺,相當於半個巴黎聖母院,重7,000公噸與艾菲爾鐵塔相當,鋪設電線總長 3,000公里。超環面儀啟動後一年內將產生3,200兆位元組(TB)原始資料,相當於美國國會圖書館30億本藏書的160倍。
  • 一次歷時10小時的實驗中,一束質子行進里程可能逾100億公里,足以來回海王星一趟。
  • 大型強子對撞器造價近台幣1,700億,運作需要120百萬瓦特電力,等於日內瓦地區總用電量;質子對撞時將產生14兆電子伏特(TeV)能量,1兆電子伏特相當於一隻蚊子飛行時產生的動能。


促成大型強子對撞的主要任務是如下:



  • 尋找「希格斯粒子」:

1964 年,英國理論物理學家希格斯,主張物質的質量來自於一種尚未發現的粒子,這種理論中存在的粒子,之後就被稱為「希格斯粒子」(Higgs Boson),由於希格斯相信,這種粒子是物質質量的來源,因此它也被稱為「上帝粒子」。若能證實希格斯粒子存在,將大大填補現今「標準模型」理論(描述基本粒子的理論,能精確預測基本粒子之間的交互作用,因此成為目前的主流理論)在總結粒子知識方面的重大缺口。



  • 探索「超對稱」:

粒子物理學家認為,自然界中有一種基本的對稱性,這就是所謂的「超對稱」(supersymmetry),組成世界的每個基本粒子應該都有電荷等相同的「超夥伴」,但是科學家至今尚未觀察到粒子有這種超夥伴存在,大型強子對撞器此次的任務中,或許能觀察到超對稱存在的證據,解釋近年來最不可思議的發現之一:宇宙中可見物質只佔4%,其他則是暗物質(23%)與暗能源(73%)。



  • 調查物質與反物質的奧秘:

能源轉為物質後,製造出粒子與帶有相反電荷的反粒子,粒子與反粒子相撞時,會消滅彼此,根據傳統的宇宙理論,物質與反物質數量應該相同,但讓人困惑的是,目前觀察到的物質數量,遠遠超過反物質的數量,大型強子對撞器此次也將試著解開這個謎團。



  • 複製宇宙大爆炸後、宇宙誕生之初的面貌:

137 億年前宇宙誕生之初,物質就像一團極熱、濃稠的湯汁,構成湯汁的是所謂的「夸克膠子電漿」,這團湯汁冷卻後,次原子粒子「夸克」凝結在一塊,形成質子與中子等復合粒子,隨之形成我們現在看到的一切。科學家盼藉大型強子對撞器計畫,觀察宇宙大爆炸沒多久存在、但現在已看不見的東西。



  • 微型黑洞

霍金說,如果大強子對撞機能夠撞出微型黑洞,證明他提出的黑洞會釋放輻射的理論,他就可以拿到諾貝爾獎了。可是照霍金的計算,大強子對撞機製造出可以產生黑洞能量的機率不到百分之一。



  • 五次元空間

麗莎藍道指出,「涵蓋人類三次元世界的五次元空間應該存在另一個三次元世界,只有重力產生的能量可穿梭於不同世界」。麗莎是在核分裂過程中,意外發現突然消失的微粒,和我們所知的科學理論,產生重大矛盾,所以她大膽假設,這些微粒可能就是飛往人類看不到的第五度空間,才會突然間不見蹤影。




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