​最近网络热议的“大型对撞机”是什么？（附网络投票，欢迎参与）

最近网络热议的“大型对撞机”是什么？（附网络投票，欢迎参与）

最近关于中国是否应该建设“大型对撞机”问题，网友也是吵翻天了，大家都有自己认同的理由。今天我们了解下什么是对撞机，同时欢迎大家在文章结尾参与投票。

对撞机是在回旋加速器基础上逐渐发展而来的一种用于高能物理实验的装置。早期的粒子加速装置只可以让带电粒子在高压电场中加速一次，如果要多次加速那么就需要设置多个高压电场，但是受限于当时电场调频技术的限制，如果单纯的把单个加速装置叠加则成本十分高昂，而且装置体积也异常庞大。

电子加速仪

聪明的劳伦特于1930年提出回旋加速器概念。我们知道带电粒子以某一速度垂直进入匀强磁场时会做匀速圆周运动，根据这一原理，劳伦特设计了两个半圆形的金属扁盒（D形盒），在D形盒的间隙处是交变的加速电场，其频率恰好等于粒子在磁场中作圆周运动的频率，在D形盒之内是垂直的匀强磁场。当带电粒子从中心射出后，经过电场的加速会进入匀强磁场内，经过圆周运动之后又会进入加速电场，这样每转一圈就会有两次加速，带电粒子的运动半径也会逐渐变大，经过多次加速后可以从D形盒边缘引出。

回旋加速器基本结构图

经过回旋加速器加速后的粒子其能量可以达到几十兆电子伏特，如果速度再继续增加，则粒子的相对论质量会明显增大，其运动半径会逐渐增加而且无法再与交变电场进行同步。对于这个问题有两种解决办法，一种是随着粒子相对论效应的增加，逐渐增加磁场强度以抵消相对论变量。另一种是改变电场的交变频率，用以匹配相对论效应的影响。这两种改进措施分别发展为扇形聚焦回旋加速器和同步回旋加速器，其性能也有所不同，扇形聚焦回旋加速器需要使用大量的磁铁，其建造成本较高，而同步回旋加速器因为调频技术的使用，只能形成脉冲粒子束，在高能粒子方面一般选用较为经济的同步回旋加速器。新技术的使用可以使粒子能量提高到上千电子伏特。

现代科学探索粒子结构主要依靠“碰撞”，简单来说就是用加速器加速粒子去撞击另一个粒子，以此来观测更微观的结构和探索新粒子。而单纯用同步回旋加速器加速粒子去撞击一个相对静止的粒子时会造成静止粒子获取动能，无法产生较好的实验效果，其能效较低，而如果使两个粒子束对撞，则能量几乎完全用于打开粒子结构。按照这个想法，对撞机的模样大致也就出来了，首先考虑到需要对撞，所以它是环形的，如果被加速的两束粒子电性相反，只需要一个加速环就可以，如果电性相同那就需要两个加速环了，考虑到加速效果，通常同步回旋加速器和直线加速器结合使用。当带电粒子完成加速后，进入对撞区域，在对撞区域有大量的探测仪器用以分析对撞结果。

目前世界上最大的对撞机是欧洲的大型强子对撞机，它的圆形隧道有27公里长，隧道直径为3米，位于地下50到150米之间，整个隧道处于同一平面。其加速管由超导磁铁覆盖，用液态氦来维持超导低温，带电粒子首先由直线加速器进行加速，然后进入超级质子同步加速器，最后两束对撞质子的能量可以高达14Tev。

大型强子对撞机（LHC）

通过大型对撞机我们可以了解物质本质、宇宙起源、暗能量与反物质、额外维度等问题，这不仅仅是科学方面的问题，已经涉及到哲学层次。我国于2014年就开始计划建造超级对撞机，其建造规模是欧洲的大型强子对撞机的两倍，对撞机周长达到52公里左右，对撞能量更是高达70Tev。按照规划，前期投入约30亿美元建造电子对撞机，如果一切顺利，后期会追加上百亿美元扩建质子对撞机，对于这个计划，您支持吗？欢迎投票。