A. 世界上最大的粒子物理探測器ATLAS具有什麼特點
人類製造的最大科學儀器是什麼。有人會舉出直線粒子加速器、正負電子對撞機、大型強子對撞機等。不過,嚴格地說,它們都屬於組裝儀器,即由許許多多單體的科學儀器和設備組合而成。
迄今人類已製成的最大單體科學儀器應該是歐洲核子研究中心大型強子對撞機中的一個名為「ATLAS」的粒子探測器。
大型強子對撞機是目前世界上在建的體積和功率最大的粒子加速器,隧道長達27km。建成後的對撞機,可以讓兩束質子或像鉛這樣的重離子流按相反方向沿環形隧道運行,每運行一圈粒子都會獲得更多的能量,最後將質子加速到光速的幾分之一,使兩束射線以高達14萬億eV的能量迎頭相撞,用來模擬「大爆炸」發生後的宇宙情形,獲得相當於宇宙「大爆炸」後十億分之一秒內爆發出的巨大能量,用以擊碎基本粒子。在強子對撞機上的4個對撞點安裝有4台實驗用探測器,分別名為ATLAS、CMS、ALICE和LHC-B。每個探測器的體積都很大,其中最大的就是ATLAS,它長46m、高25m、質量約7000噸,相當於一座4層大樓,造價約合4.3億美元。中國科學家參與了ATLAS探測器的建造工作。
該探測器的構造包括測量帶電粒子動能的內徑跡室、測量粒子所帶能量的量能器、識別和測量μ子的μ子譜儀和使帶電粒子彎轉以進行動能測量的磁鐵系統等。能夠對每秒鍾發生數十億次的質子撞擊進行採集和分類。因為每次撞擊都會使釋放的數百顆粒子飛入探測器,撞擊產生的粒子留下的痕跡或釋放的能量將被記錄下來。綜合其能量和動量信息,研究人員可以還原出質子撞擊發生後的情景,推導出哪些粒子是迅速生成的。
ATLAS實驗的主要目標是探索形成我們宇宙的物質的基本特性和基本作用力,包括尋找和研究假想中的希格斯粒子。科學家希望,從加速器內巨大碰撞中出現的粒子里能夠包括一種叫做希格斯的玻色子,因為根據粒子物理的標准模型,正是希格斯導致了質量的產生。ATLAS探測器將用於測量這些碰撞的碎片,用以尋找希格斯玻色子和超對稱粒子等超出了標准模型的新物理現象,科學家希望用該實驗裝置去驗證萬物統一理論。
此外,ATLAS實驗還將探索物質和反物質之間的差異、宇宙「大爆炸」初期產生的誇克—膠子等離子體,以及進一步探討自發對稱破缺和各種粒子質量的來源,探索新的規范玻色子,研究新發現的頂誇克及相應層次粒子的各種特性等。
B. 分子 原子 電子等微觀粒子 可以在何種儀器下觀察到
電子顯微鏡,但現在只能觀察到原子層面