大型强子对撞机将于2021年重启

世界上最大的机器将准备进行第三次运行。
2021年1月12日

采访

罗德里·琼斯,欧洲核子研究中心

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从大型强子对撞机的一个隧道往下看。

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2021年大型强子对撞机应该会重新开放。这个巨大的粒子加速器,是迄今为止建造的最大的粒子加速器,旨在测试粒子物理学的主要理论;在最近三年的停工之后,它将很快开始第三次运营。罗德里·琼斯(Rhodri Jones)是欧洲核子研究中心(CERN)束流部门的负责人,该组织负责运行这台对撞机。他向Phil Sansom以及特邀嘉宾Giles Yeo透露了细节……

Rhodri:我们已经关闭了两年了。事实上,我们即将结束为期两年的停工期,目前我们正在升级和整合我们的许多设备。我们经历的主要升级之一是物理实验本身,他们升级了他们的探测器,基本上是为了更好地探测这些碰撞产生的粒子。另一个主要的升级是注入器综合体的升级:我们称之为机器链,用来加速来自氢气瓶的粒子,这是我们获得所有质子的地方,当它们进入大型强子对撞机时,它们的速度接近光速。然后在大型强子对撞机中,我们经历了超导磁体的巩固;所以我们有大约12000个这样的大型超导磁体,它们基本上是用来弯曲我们这个大圆里的质子,让它们一圈又一圈,一圈又一圈,为我们提供了很长一段时间的碰撞。

菲尔:这一切的结果是什么?因为这个,一旦你重新开门,你会得到什么神奇的物理效果?

Rhodri:嗯,希望当我们重新启动时——现在可能是在2022年初,事实上,对于实际的物理测量——我们将进行第三次LHC的物理运行,预计将持续三年。到目前为止,我们一直在以13万亿电子伏特的速度碰撞。这是相当高的能量,我们希望能进一步推动它,因为LHC实际上,名义上是设计为在14兆电子伏特的情况下进行碰撞;这意味着两个7万亿电子伏特的质子束相互撞击。如果我们能达到这个能量,这将是我们在地球上用粒子加速器所能达到的最高能量。希望通过这样做,我们可以在更高的程度上理解物理过程。如果我们非常幸运,我们可能会开始看到非常罕见的事件,与我们预期的略有不同,这可能预示着新的物理学。当然,这也是我们正在做的很多研究的动力。

菲尔-使用大型强子对撞机的团队已经成功地找到了希格斯玻色子,这是我认为这个项目的目标之一。那么下一步是什么呢?你是在分析它还是在做其他工作?

罗德里-这是两者的结合。所以是的,大型强子对撞机,它的主要目标之一就是看看这个希格斯玻色子是否存在。我们已经找到了。现在我们所做的基本上是完善我们对希格斯玻色子的描述,试图真正理解它。这就是正在进行的研究,这就是为什么我们需要这些大量的数据,才能真正看到希格斯玻色子是如何相互作用的,以及各种不同的场景和条件。然后我们要做的另一件事,就像我说的,是真正去看一些新的或不同的东西,这是并行进行的。所以我们想看看在这个能量下,是否会有轻微的偏离我们对物理的预期,或者看看是否有罕见的事件发生,我们需要大量的数据,突然我们会看到一些完全意想不到的东西。当然,这是另一件事,它会表明有东西在那里。我们并不了解当下的一切;我认为我们已经有了粒子物理学的标准模型,它可以很好地解释一切,但不是全部。

菲尔:当它第一次打开的时候,人们说,“哦,他们要打开一个黑洞了。他们将打开一个平行宇宙。”现在还有人问你这个问题吗?

罗德里-他们时不时就会这么做,就像你做的那样!我认为对此的回答通常是,大自然实际上创造了大爆炸,比我们用大型强子对撞机制造的大得多。我的意思是,在大气层中,我们一直在接收这些非常高能的宇宙射线,它们的能量比大型强子对撞机要高得多。我认为大型强子对撞机的优势在于我们成功地将这些碰撞定位在一个非常小的区域。所以这意味着我们可以真正地分析它们,当我们不确定它们什么时候会来,或者它们会在哪里来的时候,这是很难做到的。所以这就是我们所做的:我们创建了这个实验室,让我们能够在一个我们可以控制的区域分析这些高能碰撞。

菲尔-贾尔斯?

Giles:我们之前得到的这个故事怎么样?在很短的一段时间里,中微子可以比光速更快;那是怎么回事?

Rhodri -是的,这最终归结为时机。基本上我们在欧洲核子研究中心创造了它们,然后它们被送到意大利,你在那里检测到它们。当然它们是以光速运动的,所以很难计算出时间。最后,我们发现这个实验有一个问题——事实上,在意大利这边——时间没有我们想象的那么精确,当你做数学计算的时候,你会发现中微子的速度比光速还快。但最后,没有。爱因斯坦还在那里,一切都符合光速。

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