中微粒子实验装置

A. 研究微观粒子的仪器有哪些

粒子探测器。对不同类型的粒子有不同类型的探测器。
在对撞机试验中，能探测到的粒子只有有限的几种：光子，电子，muon子，和各种带电粒子或者能发生强相互作用的中性粒子（比如中子）。探测光子和电子会用电磁量能器，当光子或电子打入电磁量能器的时候能导致量能器中的粒子电离，其中电离产生的离子-电子对跟入射离子能量有关。这样就可以测出入射电子或光子的能量跟几种位置。其中，跟其他带电粒子一样，电子还可以被径迹探测器探测到。径迹探测器的一半原理是通过带电粒子引起电离，电离出来的粒子通过放大，可以记录下集中位置信息。通过一连串的集中位置，可以重建出带电粒子飞行轨迹。对中性强子，可以通过强子量能器探测。强子量能器跟电磁量能器类似，只不过它不是靠电离的方法沉积能量，而是通过强子跟原子核的反应。
还有一类特殊的粒子：中微子，因为跟物质发生反应的截面太小，在对撞机实验中通常不会探测到。但是在宇宙线或者反应堆中，通过大量的探测物质或者强烈的中微子流，还是可以探测到这些粒子的。

B. 粒子对撞机中撞出的美妙粒子轨迹，科学家是如何来分析轨迹的

我们的世界，如沙滩、人类、行星以及星系，仅由三种基本粒子组成。它们是电子、上夸克和下夸克。这三种粒子组成了原子、分子、化合物，以及宇宙的任何物质。

物理学家为了探索、发现和量化基本粒子，建立了一种将微观粒子加速对撞的高能物理实验装置，即粒子对撞机。其作用是在高能加速器中积累并加速粒子流，达到一定能量时使粒子对撞，产生科学家预期的效果。

例如设在瑞士的欧洲联合核子物理中心CERN（又称欧洲粒子物理实验室）。它的大型强子加速器LHC，是目前全球最大的、能量最高的粒子加速器。它的加速环形隧道位于地下，长度达27公里。

换句话说，每一种粒子都有自己独具特征的、可以辨别的轨迹。每当碰撞出一种新的、很明显有未识别的轨迹时，轨迹的偏转角度、长度、曲率等参数，就会给出这种粒子的质量和行为特征线索。科学家利用了这种分析方法，如果理论所预言的某种粒子一旦真的在加速器中产生出来，它很快就被“识别身份”。

比如，2012年在物理学界引起轰动的希格斯粒子的发现，被标榜为这个时代最伟大的发现之一，其成果正是在CERN取得的。物理学家希格斯（Peter Higgs）在55年前预言了希格斯粒子的存在，它是粒子物理标准模型的拱顶石。

C. 中微粒子到底是怎样的一个存在为什么很难捕捉到它们呢它们和暗物质有着什么样的关系性质功能

1. 中微子简介
【基本性质】
中微子又译作微中子，是轻子的一种，是组成自然界的最基本的粒子之一，常用符号ν表示。中微子不带电，自旋为1/2，质量非常轻（小于电子的百万分之一），以接近光速运动。
中微子个头小，不带电，可自由穿过地球，几乎不与任何物质发生作用，号称宇宙间的“隐身人”。
粒子物理的研究结果表明，构成物质世界的最基本的粒子有12种，包括6种夸克（上、下、奇异、粲、底、顶），3种带电轻子（电子、缪子和陶子）和3种中微子（电子中微子，缪中微子和陶中微子）。中微子是1930年德国物理学家泡利为了解释贝塔衰变中能量似乎不守恒而提出的，五十年代才被实验观测到。

【为什么难以检测】
【中微子只参与非常微弱的弱相互作用，具有最强的穿透力。穿越地球直径那么厚的物质，在100亿个中微子中只有一个会与物质发生反应，因此中微子的检测非常困难】。正因为如此，在所有的基本粒子，人们对中微子了解最晚，也最少。实际上，

【功能】
【大多数粒子物理和核物理过程都伴随着中微子的产生，例如核反应堆发电（核裂变）、太阳发光（核聚变）、天然放射性（贝塔衰变）、超新星爆发、宇宙射线等等。宇宙中充斥着大量的中微子，大部分为宇宙大爆炸的残留，大约为每立方厘米100个。】

【与暗能量的关系】
标准模型给出的62种粒子中，能够稳定地独立存在的粒子只有12种，它们是电子、正电子、质子、反质子、光子、3种中微子、3种反中微子和引力子。这12种稳定粒子中，电子、正电子、质子、反质子是带电的，不能是暗物质粒子，光子和引力子的静止质量是零，也不能是暗物质粒子。因此，在标准模型给出的62种粒子中，有可能是暗物质粒子的只有3种中微子和3种反中微子。

1998年，日本超级神岗实验1以确凿的证据发现了中微子振荡现象，即一种中微子能够转换为另一种中微子。这间接证明了中微子具有微小的质量。此后，这一结果得到了许多实验的证实。中微子振荡尚未完全研究清楚，它不仅在微观世界最基本的规律中起着重要作用，而且与宇宙的起源与演化有关，例如宇宙中物质与反物质的不对称很有可能是由中微子造成。
由于探测技术的提高，人们可以观测到来自天体的中微子，导致了一种新的天文观测手段的产生。美国正在南极洲冰层中建造一个立方公里大的中微子天文望远镜——冰立方。法国、意大利、俄罗斯也分别在地中海和贝加尔湖中建造中微子天文望远镜。KamLAND观测到了来自地心的中微子，可以用来研究地球构造。
中微子有大量谜团尚未解开。首先它的质量尚未直接测到，大小未知；其次，它的反粒子是它自己还是另外一种粒子；第三，中微子振荡还有两个参数未测到，而这两个参数很可能与宇宙中反物质缺失之谜有关；第四，它有没有磁矩；等等。因此，中微子成了粒子物理、天体物理、宇宙学、地球物理的交叉与热点学科。

D. 双缝干涉实验，能颠覆你对一切的认知，甚至让你怀疑现实世界

双缝干涉实验是量子力学最经典的实验，能颠覆你对一切的认知，甚至让你怀疑现实世界。为了知道光到底是波还是粒子，科学家做了著名的电子双缝实验，正是由于这个实验，量子力学才被人们所接受，量子力学与相对论一起被认为是现代物理学的两大基本支柱。在我们的常识中，我们观测到的现象，要么表现出粒子性，要么表现出波动性。比如一只飞行中的蚊子，尽管它不停地飞来飞去，让你眼花缭乱，但实际上它在每一个时间点里只会出现在一个位置，这就是粒子性。比如你往水平扔一颗石头，当它落入水中的时候所产生的涟漪就是波动性。而在微观世界里，我们的常识就不是那么好用了，因为那些微小的粒子，它们具有“波粒二象性”，简单地讲，就是它们的行动方式既可以是波动性质，也可以是粒子性质。

双缝干涉实验”就是为了演示微观粒子的波粒二象性而做的实验。具体实验步骤如下，制造与地面垂直的两条平行缝，并在双缝的后面放置一个探测屏幕，另一端放置一个发射器来发射粒子。通过双缝向屏幕发射粒子，神奇的事情发生了，粒子通过双缝后并没有按照正常逻辑形成两条平行于双缝的条纹。而是出现了多条明暗相间相互干涉的条纹。我们可以看出，这个实验结果显示出了干涉现象，也就是说粒子在运动过程中表现出了波的性质，它能够以波的形式同时穿过两条缝隙，并且“与自己产生干涉现象”。这便是量子力学中的叠加态原理。

看到这里，你肯定会认为这并没什么“恐怖”的，别急，我们接着讲。虽然我们无法直接看见粒子，但是可以通过感应装置来观察它，为了搞明白电子在这个过程中的运动轨迹，研究人员在两个缝隙上都安装了能够观察粒子的感应装置，这样我们就可以知道，粒子到底是通过了哪一个缝隙。然后诡异的事情就发生了，当研究人员安装了感应装置之后，再次进行双缝实验时，他们惊奇地发现，粒子的干涉条纹消失了，不管发射了多少个粒子，它们都只表现出粒子性。而当研究人员移除了感应装置，粒子的干涉条纹马上就又出现了！这个实验的结果让科学家非常困惑，这便是量子力学中第二定律，观察着原理。既然你观测了，就会引起叠加态的坍缩，并看到一个确定无疑的结果。光是波还是粒子似乎都说得过去，通俗地说就是既可以表现出波的性质，又可以表现出粒子的性质。而这其中的变量，只是因为观测方式的不同。

你以为这就结束了，其实怀疑人生的实验才刚刚开始。随着 科技 的进步，人们有了更先进的实验设备。人们再次升级实验方式，在最新版本的双缝干涉实验中，摄像机放在挡板前，但是未开机。当光子通过挡板上的两条缝隙。在撞到挡板后面的屏幕之前，摄像机突然开机了。这时，令人惊异的现象出现了，当摄像机开机的瞬间，光子从波动状态变成了粒子状态，光子仿佛跨越了时间。回到了过去，也就是说光子知道人们在偷偷观察它，并可以改变实验结果。谁在控制光子？他为什么要这么做？难道他在向人类隐瞒什么？微观粒子就像是一个个有思想的、无所不知的精灵。

双缝实验”的结果，使人们或多或少地对这个世界的真实性产生了怀疑，如果我们没有观测的时候，那些除了我们自己可以观测到的人和事以外，其他的很多人和事会不会都是以“波函数”形式存在？当我们观测到某个人的时候，这个人就变得真实了，他的过去、现在也就被确定了。而当我们不再观测这个人，那么他是不是又回到了“波函数”的形式呢？这就是量子力学神奇的地方。问下屏幕前的你，我们这个世界，是真实的吗？欢迎评论留言和转发。谢谢大家。

E. 粒子对撞机的作用是什么

粒子对撞机，是一种将微观粒子加速对撞的高能物理专业装置。它可以帮助物理学家探索、发现和量化粒子。它最基本的作用是在高能加速器中积累并加速粒子流，达到一定强度及能量时使它们对撞，以产生实验预期的足够高的反应能量。

对撞机可以利用一种特殊电磁场将粒子加速到接近光速的极大速度，去轰击其他粒子，打碎本来难以分割的微小粒子，以研究其结构性质和击碎效应。粒子可达到的能量级400GeV，甚至更高。

首先，粒子对撞实验中，科学家精确地测量到了电子与原子碰撞中有多少能量释放出来。表明能量和质量在一定方式下可以相互转换，也测到了接近光速时的粒子所增加的质量。实验得到的结果，再次验证了爱因斯坦狭义相对论的准确性，即E=mc^2。质能可以相互转换。

其次，在大功率对撞机上科学家已经能短暂地达到当初大爆炸1秒钟之内的温度，此刻的碰撞所发生的事实是：在极高温下，碰撞后的粒子径迹出现了极短暂的滞后时差，即碰撞后先产生纯粹的能量，而后再在这些能量中才产生了粒子径迹。这就是物质最初产生的由来。这个实验得到的解释，与其他所有已知的大爆炸存在的证据都是一致的，也与宇宙起始于一次大爆炸的数学模型一致。大爆炸理论又一次获得实验证据的支持。

研究团队反复的粒子对撞实验结果均显示：在粒子对撞机中已经明白无误地观察并记录到，粒子可以变为能量，而能量也可以变为粒子。相对于所有的物质，能量更是最基本的。而大爆炸中产生的足够多的剩余粒子总量形成了如今宇宙的全部物质。

这就是粒子对撞机给我们的答案。从这个意义上说，宇宙并非“无中生有”，它来自既不可触摸又无形的能量。

F. 阿尔法粒子散射实验荧光屏

由于绝大多数粒子运动方向基本不变，所以A位置闪烁此时最多，少数粒子发生了偏转，极少数发生了大角度偏转．符合该规律的数据只有A选项．故A正确，B、C、D错误．
故选A．