对撞喷出粒子示意图。
9月10日，欧洲核子研究中心的科学家在瑞士日内瓦附近的大型强子对撞机控制中心忙碌。
在大型强子对撞机(LHC)上的4个大实验中,共有来自80多个国家和地区的7000多名科学家和工程师参与。中国在这4个大实验中投资数千万元人民币并将参与物理分析。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、南京大学等科研院所和高校的科研人员参加了部分实验。其中南京大学物理系就有近10位专家、学者参与其中。
昨天,记者采访了参与这项实验的南京大学物理系的祁鸣教授及陈申见教授。
研究 南大参与制造寻找“粒子”仪器 祁鸣教授说,其实,早在1996年,南大就参与到LHC计划中来了。LHC计划除了加速器本身的研究、改造升级之外,共有四个大型探测器研究协作组进行实验物理研究工作。其中ATLAS是个超大型的通用测量(探测器实验,主要目的是探索质量的起源,即寻找理论预言的Higgs子的存在和超对称粒子)。南大参与的正是这一项实验。
在参与合作的第一阶段,以南京大学为主承担了液氩端盖量能器和液氩前冲量能器重要部件的研制、加工任务,先后共参与设计并建造了33组模块中的546块铜吸收板和8400根钨吸收棒等部件,还参与了8组模块的安装测试、束流实验等工作。
祁鸣说,所谓量能器,通俗地说,就是测量质子、光子这些粒子的仪器,基本粒子用肉眼无法看到,只能用仪器进行检测。仪器感受到信号后,再转化成计算机数据,并进行存储,通过计算机处理及科学家的物理分析,才能还原成当时的真实世界中各粒子的能量、动量以及路径等物理参数,也只有这时才能判断出,到底有没有通过对撞产生我们猜测的粒子。而这涉及到的数据及其庞大。每年就有12-14个PB量级的数据(1个PB相当于10的15次方)。研究这些数据估计要花上10年才能得出结果。“南大先后制造了好几批这样的探测仪器,然后运到加拿大进行组装,而后才运到欧洲粒子物理研究中心(实验地),被推到探测器中,等待工作。”
昨天,首批质子已导入大型强子对撞机的环形隧道。祁鸣教授说,这个过程类似是一把“枪”(产生质子的发生器)将质子打进加速器中。如果一切顺利,大型强子对撞机将在年底前实现两束各达5万亿电子伏特能量的质子束流对撞,此能量将是以前世界纪录的5倍。而对撞结果可能要10年才能揭晓,因为要分析大量数据。
释疑 “黑洞吞噬地球”绝无可能 此前，有人指责对撞实验可能产生黑洞而“毁灭地球”。昨天,记者也就这个问题采访了两位专家。
陈申见教授表示，黑洞的产生条件非常严苛。要形成一个黑洞,最关键的就是密度和半径。密度应该非常大,而半径应该非常小。举例来说,如果有一个地球那么重的物体却被压缩到绿豆那么大,才能产生黑洞。而这次对撞不可能产生这样的结果,就算有极小的黑洞,会像水珠一样立即被“蒸发”光了。
“天文学中认为,一些天体有很强的引力场,可以连光线都完全吸收进去,而没有任何反射,就成为"黑洞"。这说明该天体的能量极高,密度极大。”祁鸣教授说,我个人认为,对撞在瞬时间也许会释放类似能量,但非常短暂,对宏观世界不会产生任何影响。那些认为对撞会毁灭地球的说法是无稽之谈。
综合欧洲核子研究中心等多个科研机构的消息,科学家们尽管并不能肯定大型强子对撞机绝对不会制造出黑洞,却确信即使真的制造出黑洞,它也不能吞噬周边物质乃至整个地球。根据测算,一个大型强子对撞机里制造出的黑洞,其尺度仅为百亿亿分之一米(10的负18次方米),存在时间仅为十亿分之几阿秒(1阿秒为10的负18次方秒)。由于它存在的时间是如此之短,根本不能吞噬任何周边的物质,因此不可能对地球构成任何危害。
展望 LHC将改变我们的生活 在很多普通老百姓眼中,寻找质量起源,重现宇宙大爆炸的实验是科学家的事,跟我们生活相差十万八千里。其实不然。
祁鸣教授说,LHC不仅提供了本世纪前期世界上最大的高能物理实验平台,为探索新的高能物理现象奠定了良好的实验基础,还将带动对世界上最先进的快电子学、计算机、探测器、材料科学和高速通信等领域开展更为深入的研究,并力求将这些研究领域中的最先进技术能够尽快应用于高能物理的实验研究。可以预见的是这些技术将很快转向民用领域。
“其实,很多发明都来自于高能物理研究。最有说服力的例子就是因特网的起源。上世纪60年代,欧洲核子中心的科学家在做一项实验,当时所有数据都要存在磁盘或磁带中,再通过卡车运动计算机中心,这时才能读取数据。有人就产生大胆的设想,能否通过电话线来传数据呢?这就是最早的www(万维网),也是因特网的起源,不过当时只是从试验地到计算机中心点对点的使用,经美国改造后成为商用网,变成片对片。”祁鸣教授认为,LHC计划作为世界最尖端研究,汇聚了当前最前沿的科学研究成果,为我们生活带来的启发可能更多。
电脑将是虚拟的超级计算机 什么是网格计算?简单地讲,网格是把互联网上的众多计算资源整合成一台虚拟的超级计算机,将以CPU为主的各种资源“拧成一股绳”,实现各种资源的全面共享。
祁鸣教授打了一个比方:你回到家,只要电源开关一开,插头插上,你可以用电饭锅煮饭,可以看电视,可以洗衣服,但你不知道这电到底是来自葛洲坝水电站呢,还是大亚湾核电站,还是煤炭发的电。而你也不需要知道。利用网格计算,我们的计算机也可以变得像用电一样。现在我们的计算机是彼此割裂的,有人在使用,有人在闲置,网格计算则可将所有资源整合在一起,并自动优化配置,今后当你打开电脑终端时,实际上用到的可能是远在美国的计算机,也可能是欧洲的某台计算机,但你不必关心来自哪里,重要的是,你用的是最先进的,处理速度最快的计算机。这对生活的影响将是巨大的。
目前,在LHC计划中就有“网格计算”这一块。因为对撞后大量的数据要处理。“每15秒就有一个DVD大小的数据盘产生,每年将产生12-14PB(1P=1015BG)的数据,用于物理分析的计算机所需要的计算能力相当于上万个目前最快的奔腾-4CPU,因此必须采用先进的网格技术才能高效率的管理和运行这一庞大而复杂的计算环境。这就是网格计算技术的运用。”陈申见说。中国科学家必须参加物理数据的分析研究以便获得物理结果,因此必须在中国开展网格研究,建立LHC的数据中心。眼下国内信息科学界对网格计算表示了极大的兴趣,希望通过网格计算的合作引进网格计算的关键技术。目前,中科院高能所正计划建立中国的Tier-2(二级)数据中心,为国内的合作单位提供服务。
用粒子束能杀死癌细胞 有专家认为,欧洲粒子物理研究所也为医学研究做出了贡献,因为他们发现,可以用质子、碳离子甚至是反物质等带电粒子束治疗癌症。反物质并非自然存在,但该研究所可以利用一种小型加速器——质子同步加速器制造反物质。这台机器还能产生将会绕大型强子对撞机旋转的质子。现有的放射疗法可能会在杀死癌细胞的同时伤害周围的健康组织。而这种粒子束能够将对人体伤害降到最低,因为它们能够穿过健康的组织,只对肿瘤发挥作用。
祁鸣教授解释说,这在理论上完全成立。用粒子束来杀癌细胞只是“小把戏”了。只是粒子束的强度太大了,如果用于人体,只能是低剂量的,如10兆-20兆电子伏特的。如果能把能量控制得好,粒子束将是医学治疗的一个好途径。
LHC有利于开发新能源 除电信和医疗外，纽约市立大学理论物理学教授加来道雄(Michio Kaku)认为，物理学试验的潜在回报还体现在能源方面。
加来道雄表示，通过LHC获得的认识可能在未来数十年内用于开发新能源，比如可控的核聚变电站。微型黑洞的产生甚至可能在能源需求中扮演一个长远性的角色。他说：“一些人认为外太空的黑洞可能是未来人类的能源。” 撰稿张琳
(来源：扬子晚报)
(责任编辑：黄芳)
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