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首次利用粒子加速器将原子加速至光速

2018-09-08 19:07:57 科学89℃

  粒子加速器对于科学家研究有着重要的意义,而近日科学家首次实现了原子加速,

  7月25日,欧洲核子研究中心(CERN)大型强子对撞机(Large Hadron Collider,LHC)研究团队又取得了一项突破,他们使带有电子的原子加速到接近光速。该实验的目的是检验利用LHC产生高强度伽马射线的可行性,以推动物理学前沿研究。

原子加速到光速

  或许有人对这些是否真的是人类加速到接近光速的第一批原子还存在疑问,这涉及一个语义学问题大型强子对撞机是世界上最大的粒子加速器,一直在进行原子核的加速,这也是人们有时会将这台大型仪器称为原子粉碎机的原因。此前LHC还从未处理过带有电子的原子核。CERN在声明中解释称,研究人员加速了铅原子核,每个原子核都有一个电子环绕,在相对低能量的离子束中加速了大约一个小时。铅原子正常情况下具有82个电子,研究人员将其中81个电子剥离,实际上使铅原子变成带正电荷的离子。接着,研究人员将LHC提高到最高功率,使离子束保持了大约两分钟再发射出去。在后续测试中,研究人员用一组较小的原子使全功率离子束保持了两个小时。

  LHC物理学家米凯拉绍曼(Michaela Schaumann)表示,加速带有电子的原子很有挑战性,因的很容易将电子意外剥离当这种情况发生时,原子核就会撞到离子束所在的管壁,因为此时它的电荷已经不再与LHC的同步。

  这项耗资数百万欧元的实验具有措施,即光束在变得不稳定时会被自动弃置,以大型强子对撞机。

  不过,研究人员称,这些复杂的原子束要比原先预计的稳定得多。绍曼表示,这是一个不错的结果,可以为一系列新的实验提供可能。这其中,最有趣的实验应该是利用这些复杂原子作为伽马射线源,使LHC变成一个伽马射线工厂。当LHC将原子加速到接近光速时,用激光激发电子从高能态转向低能态,就会出光子。在LHC的加速下,这些光子将具有伽马射线的波长和能量。相比已有的用电子束产生伽马射线的手段,利用LHC产生的伽马射线强度会更高,可以用于新型粒子物理学实验及暗物质的探索。

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