中微粒子實驗裝置

A. 研究微觀粒子的儀器有哪些

粒子探測器。對不同類型的粒子有不同類型的探測器。
在對撞機試驗中，能探測到的粒子只有有限的幾種：光子，電子，muon子，和各種帶電粒子或者能發生強相互作用的中性粒子（比如中子）。探測光子和電子會用電磁量能器，當光子或電子打入電磁量能器的時候能導致量能器中的粒子電離，其中電離產生的離子-電子對跟入射離子能量有關。這樣就可以測出入射電子或光子的能量跟幾種位置。其中，跟其他帶電粒子一樣，電子還可以被徑跡探測器探測到。徑跡探測器的一半原理是通過帶電粒子引起電離，電離出來的粒子通過放大，可以記錄下集中位置信息。通過一連串的集中位置，可以重建出帶電粒子飛行軌跡。對中性強子，可以通過強子量能器探測。強子量能器跟電磁量能器類似，只不過它不是靠電離的方法沉積能量，而是通過強子跟原子核的反應。
還有一類特殊的粒子：中微子，因為跟物質發生反應的截面太小，在對撞機實驗中通常不會探測到。但是在宇宙線或者反應堆中，通過大量的探測物質或者強烈的中微子流，還是可以探測到這些粒子的。

B. 粒子對撞機中撞出的美妙粒子軌跡，科學家是如何來分析軌跡的

我們的世界，如沙灘、人類、行星以及星系，僅由三種基本粒子組成。它們是電子、上誇克和下誇克。這三種粒子組成了原子、分子、化合物，以及宇宙的任何物質。

物理學家為了探索、發現和量化基本粒子，建立了一種將微觀粒子加速對撞的高能物理實驗裝置，即粒子對撞機。其作用是在高能加速器中積累並加速粒子流，達到一定能量時使粒子對撞，產生科學家預期的效果。

例如設在瑞士的歐洲聯合核子物理中心CERN（又稱歐洲粒子物理實驗室）。它的大型強子加速器LHC，是目前全球最大的、能量最高的粒子加速器。它的加速環形隧道位於地下，長度達27公里。

換句話說，每一種粒子都有自己獨具特徵的、可以辨別的軌跡。每當碰撞出一種新的、很明顯有未識別的軌跡時，軌跡的偏轉角度、長度、曲率等參數，就會給出這種粒子的質量和行為特徵線索。科學家利用了這種分析方法，如果理論所預言的某種粒子一旦真的在加速器中產生出來，它很快就被“識別身份”。

比如，2012年在物理學界引起轟動的希格斯粒子的發現，被標榜為這個時代最偉大的發現之一，其成果正是在CERN取得的。物理學家希格斯（Peter Higgs）在55年前預言了希格斯粒子的存在，它是粒子物理標准模型的拱頂石。

C. 中微粒子到底是怎樣的一個存在為什麼很難捕捉到它們呢它們和暗物質有著什麼樣的關系性質功能

1. 中微子簡介
【基本性質】
中微子又譯作微中子，是輕子的一種，是組成自然界的最基本的粒子之一，常用符號ν表示。中微子不帶電，自旋為1/2，質量非常輕（小於電子的百萬分之一），以接近光速運動。
中微子個頭小，不帶電，可自由穿過地球，幾乎不與任何物質發生作用，號稱宇宙間的「隱身人」。
粒子物理的研究結果表明，構成物質世界的最基本的粒子有12種，包括6種誇克（上、下、奇異、粲、底、頂），3種帶電輕子（電子、繆子和陶子）和3種中微子（電子中微子，繆中微子和陶中微子）。中微子是1930年德國物理學家泡利為了解釋貝塔衰變中能量似乎不守恆而提出的，五十年代才被實驗觀測到。

【為什麼難以檢測】
【中微子只參與非常微弱的弱相互作用，具有最強的穿透力。穿越地球直徑那麼厚的物質，在100億個中微子中只有一個會與物質發生反應，因此中微子的檢測非常困難】。正因為如此，在所有的基本粒子，人們對中微子了解最晚，也最少。實際上，

【功能】
【大多數粒子物理和核物理過程都伴隨著中微子的產生，例如核反應堆發電（核裂變）、太陽發光（核聚變）、天然放射性（貝塔衰變）、超新星爆發、宇宙射線等等。宇宙中充斥著大量的中微子，大部分為宇宙大爆炸的殘留，大約為每立方厘米100個。】

【與暗能量的關系】
標准模型給出的62種粒子中，能夠穩定地獨立存在的粒子只有12種，它們是電子、正電子、質子、反質子、光子、3種中微子、3種反中微子和引力子。這12種穩定粒子中，電子、正電子、質子、反質子是帶電的，不能是暗物質粒子，光子和引力子的靜止質量是零，也不能是暗物質粒子。因此，在標准模型給出的62種粒子中，有可能是暗物質粒子的只有3種中微子和3種反中微子。

1998年，日本超級神崗實驗1以確鑿的證據發現了中微子振盪現象，即一種中微子能夠轉換為另一種中微子。這間接證明了中微子具有微小的質量。此後，這一結果得到了許多實驗的證實。中微子振盪尚未完全研究清楚，它不僅在微觀世界最基本的規律中起著重要作用，而且與宇宙的起源與演化有關，例如宇宙中物質與反物質的不對稱很有可能是由中微子造成。
由於探測技術的提高，人們可以觀測到來自天體的中微子，導致了一種新的天文觀測手段的產生。美國正在南極洲冰層中建造一個立方公里大的中微子天文望遠鏡——冰立方。法國、義大利、俄羅斯也分別在地中海和貝加爾湖中建造中微子天文望遠鏡。KamLAND觀測到了來自地心的中微子，可以用來研究地球構造。
中微子有大量謎團尚未解開。首先它的質量尚未直接測到，大小未知；其次，它的反粒子是它自己還是另外一種粒子；第三，中微子振盪還有兩個參數未測到，而這兩個參數很可能與宇宙中反物質缺失之謎有關；第四，它有沒有磁矩；等等。因此，中微子成了粒子物理、天體物理、宇宙學、地球物理的交叉與熱點學科。

D. 雙縫干涉實驗，能顛覆你對一切的認知，甚至讓你懷疑現實世界

雙縫干涉實驗是量子力學最經典的實驗，能顛覆你對一切的認知，甚至讓你懷疑現實世界。為了知道光到底是波還是粒子，科學家做了著名的電子雙縫實驗，正是由於這個實驗，量子力學才被人們所接受，量子力學與相對論一起被認為是現代物理學的兩大基本支柱。在我們的常識中，我們觀測到的現象，要麼表現出粒子性，要麼表現出波動性。比如一隻飛行中的蚊子，盡管它不停地飛來飛去，讓你眼花繚亂，但實際上它在每一個時間點里只會出現在一個位置，這就是粒子性。比如你往水平扔一顆石頭，當它落入水中的時候所產生的漣漪就是波動性。而在微觀世界裡，我們的常識就不是那麼好用了，因為那些微小的粒子，它們具有「波粒二象性」，簡單地講，就是它們的行動方式既可以是波動性質，也可以是粒子性質。

雙縫干涉實驗」就是為了演示微觀粒子的波粒二象性而做的實驗。具體實驗步驟如下，製造與地面垂直的兩條平行縫，並在雙縫的後面放置一個探測屏幕，另一端放置一個發射器來發射粒子。通過雙縫向屏幕發射粒子，神奇的事情發生了，粒子通過雙縫後並沒有按照正常邏輯形成兩條平行於雙縫的條紋。而是出現了多條明暗相間相互干涉的條紋。我們可以看出，這個實驗結果顯示出了干涉現象，也就是說粒子在運動過程中表現出了波的性質，它能夠以波的形式同時穿過兩條縫隙，並且「與自己產生干涉現象」。這便是量子力學中的疊加態原理。

看到這里，你肯定會認為這並沒什麼「恐怖」的，別急，我們接著講。雖然我們無法直接看見粒子，但是可以通過感應裝置來觀察它，為了搞明白電子在這個過程中的運動軌跡，研究人員在兩個縫隙上都安裝了能夠觀察粒子的感應裝置，這樣我們就可以知道，粒子到底是通過了哪一個縫隙。然後詭異的事情就發生了，當研究人員安裝了感應裝置之後，再次進行雙縫實驗時，他們驚奇地發現，粒子的干涉條紋消失了，不管發射了多少個粒子，它們都只表現出粒子性。而當研究人員移除了感應裝置，粒子的干涉條紋馬上就又出現了！這個實驗的結果讓科學家非常困惑，這便是量子力學中第二定律，觀察著原理。既然你觀測了，就會引起疊加態的坍縮，並看到一個確定無疑的結果。光是波還是粒子似乎都說得過去，通俗地說就是既可以表現出波的性質，又可以表現出粒子的性質。而這其中的變數，只是因為觀測方式的不同。

你以為這就結束了，其實懷疑人生的實驗才剛剛開始。隨著 科技 的進步，人們有了更先進的實驗設備。人們再次升級實驗方式，在最新版本的雙縫干涉實驗中，攝像機放在擋板前，但是未開機。當光子通過擋板上的兩條縫隙。在撞到擋板後面的屏幕之前，攝像機突然開機了。這時，令人驚異的現象出現了，當攝像機開機的瞬間，光子從波動狀態變成了粒子狀態，光子彷彿跨越了時間。回到了過去，也就是說光子知道人們在偷偷觀察它，並可以改變實驗結果。誰在控制光子？他為什麼要這么做？難道他在向人類隱瞞什麼？微觀粒子就像是一個個有思想的、無所不知的精靈。

雙縫實驗」的結果，使人們或多或少地對這個世界的真實性產生了懷疑，如果我們沒有觀測的時候，那些除了我們自己可以觀測到的人和事以外，其他的很多人和事會不會都是以「波函數」形式存在？當我們觀測到某個人的時候，這個人就變得真實了，他的過去、現在也就被確定了。而當我們不再觀測這個人，那麼他是不是又回到了「波函數」的形式呢？這就是量子力學神奇的地方。問下屏幕前的你，我們這個世界，是真實的嗎？歡迎評論留言和轉發。謝謝大家。

E. 粒子對撞機的作用是什麼

粒子對撞機，是一種將微觀粒子加速對撞的高能物理專業裝置。它可以幫助物理學家探索、發現和量化粒子。它最基本的作用是在高能加速器中積累並加速粒子流，達到一定強度及能量時使它們對撞，以產生實驗預期的足夠高的反應能量。

對撞機可以利用一種特殊電磁場將粒子加速到接近光速的極大速度，去轟擊其他粒子，打碎本來難以分割的微小粒子，以研究其結構性質和擊碎效應。粒子可達到的能量級400GeV，甚至更高。

首先，粒子對撞實驗中，科學家精確地測量到了電子與原子碰撞中有多少能量釋放出來。表明能量和質量在一定方式下可以相互轉換，也測到了接近光速時的粒子所增加的質量。實驗得到的結果，再次驗證了愛因斯坦狹義相對論的准確性，即E=mc^2。質能可以相互轉換。

其次，在大功率對撞機上科學家已經能短暫地達到當初大爆炸1秒鍾之內的溫度，此刻的碰撞所發生的事實是：在極高溫下，碰撞後的粒子徑跡出現了極短暫的滯後時差，即碰撞後先產生純粹的能量，而後再在這些能量中才產生了粒子徑跡。這就是物質最初產生的由來。這個實驗得到的解釋，與其他所有已知的大爆炸存在的證據都是一致的，也與宇宙起始於一次大爆炸的數學模型一致。大爆炸理論又一次獲得實驗證據的支持。

研究團隊反復的粒子對撞實驗結果均顯示：在粒子對撞機中已經明白無誤地觀察並記錄到，粒子可以變為能量，而能量也可以變為粒子。相對於所有的物質，能量更是最基本的。而大爆炸中產生的足夠多的剩餘粒子總量形成了如今宇宙的全部物質。

這就是粒子對撞機給我們的答案。從這個意義上說，宇宙並非“無中生有”，它來自既不可觸摸又無形的能量。

F. 阿爾法粒子散射實驗熒光屏

由於絕大多數粒子運動方向基本不變，所以A位置閃爍此時最多，少數粒子發生了偏轉，極少數發生了大角度偏轉．符合該規律的數據只有A選項．故A正確，B、C、D錯誤．
故選A．