粒子加速器的实验装置
北京正负电子对撞机
北京正负电子对撞机是一台可以使正、负两个电子束在同一个环里沿着相反的方向加速,并在指定的地点发生对头碰撞的高能物理实验装置。由于磁场的作用,正负电子进入环后,在电子计算机控制下,沿指定轨道运动,在环内指定区域产生对撞,从而发生高能反应。然后用一台大型粒子探测器,分辨对撞后产生的带电粒子及其衍变产物,把取出的电子信号输入计算机进行处理。它始建于1984年10月7日,1988年10月建成,包括正负电子对撞机、北京谱仪(大型粒子探测器)和北京同步辐射装置。
北京正负电子对撞机的建成,为中国粒子物理和同步辐射应用研究开辟了广阔的前景。它的主要性能指标达到80年代国际先进水平,一些性能指标迄今仍然是国际同类装置的最好水平。 而且中美科学家还于2003年7月30日在北京正负电子对撞机上首次发现一个新粒子,中美科学家合作分析研究从对撞机上得到的5800万个J粒子事例的数据时,发现了这个新的短寿命粒子。这可能是几十年前由科学家费米和杨振宁预言的多夸克态粒子。
上海同步辐射光源
上海光源是一台高性能的中能第三代同步辐射光源,它的英文全名为Shanghai Synchrotron Radiation Facility,简称SSRF。它是中国迄今为止最大的大科学装置和大科学平台,在科学界和工业界有着广泛的应用价值,每天能容纳数百名来自全国或全世界不同学科、不同领域的科学家和工程师在这里进行基础研究和技术开发。
兰州重离子加速器
兰州重离子加速器兰州重离子加速器是中国自行研制的第一台重离子加速器,同时也是我国到目前为止能量最高、可加速的粒子种类最多、规模最大的重离子加速器,是世界上继法国、日本之后的第三台同类大型回旋加速器,1989年H月投入正式运行,主要指标达到国际先进水平。中科院近代物理研究所的科研人员以创新的物理思想,利用这台加速器成功地合成和研究了10余种新核素。
合肥同步辐射装置
中国科学技术大学国家同步辐射实验室 合肥同步辐射装置主要研究粒子加速器后光谱的结构和变化,从而推知这些粒子的基本性质。它始建于1984年4月,1989年4月26日正式建成,经过两次改造,迄今已建成数十个个实验站,接待了大量国内外用户,取得了一批有价值的成果。
大型强子对撞器
世界上最大、能量最高的粒子加速器――大型强子对撞器(Large Hadron Collider,简称LHC)
大型强子对撞器(Large Hadron Collider,LHC),是一座位于瑞士日内瓦近郊欧洲核子研究组织CERN的粒子加速器与对撞机,作为国际高能物理学研究之用。(全球定位点:北纬46°14′00″,东经6°03′00″46.;6.05) LHC已经建造完成,北京时间2008年9月10日下午15:30正式开始运作 ,成为世界上最大的粒子加速器设施。但在2008年9月19日,LHC第三与第四段之间用来冷却超导磁铁的液态氦发生了严重的泄漏,导致对撞机暂停运转 。LHC是一个国际合作的计划,由34国超过两千位物理学家所属的大学与实验室,所共同出资合作兴建的。
激光粒子加速器
美国科学家Tomas Plettner在出版的《物理评论快报》上报告,他和斯坦福大学、斯坦福线形加速器中心(SLAC)的同事一起,用一种波长800纳米的商用激光调节真空中运行的电子的能量,获得了和每米递减4千万伏的电场一样的调制效果。这一技术有望发展成新型激光粒子加速器,用来将粒子加速到Tev(万亿电子伏)的量级。
传统的加速器必须做成几百米甚至更长的庞然大物,以将粒子能量提升到粒子物理学家所需的程度。几年来,科学家发展出一种主要基于激光等离子体的技术,可获得比传统加速器更高的加速梯度,从而为缩短加速度的长度带来可能。然而,之前的一些技术往往导致同步加速器的辐射损失或降低粒子束的质量,限制了其对粒子物理学家的吸引力。
斯坦福大学研究小组开发的新方法,在用激光束加速的同时,施加一个和激光同向的纵向电场,形成叠加的加速效果。电子获得的能量自然等于纵向电场和激光束单独作用施加能量之和。该装置在真空中加速电子,而不是在复杂得多的等离子体环境中。
在自然空间,激光的相位速度――单一波长光的传播速度――比电子的速度低,因此不会影响加速效果。然而,Plettner和同事用一种镀金的带状聚合物,在电子束和光束互相作用的点上设置一条“边界线”;该线减轻了电子束和光束之间的相互影响,使两者之间产生电子加速所需的能量交换,从而克服了这个问题。
“这项工作最初、最主要的动机是想探索开发粒子加速器的可能性,从而把现有直线加速器的长度缩减一个数量级。”Plettner说,“这将导致碰撞能达1Tev甚至更高的‘紧凑’型高亮度轻子碰撞的出现。”据悉,新方法还可能导致小型X射线源技术的发展。