很简单,因为它是最大的。
在粒子加速器中,大小是最重要的——加速区域越长,加速的时间就越长,因此能量也就越高。
圆形对撞机现在几乎已经取代了HEP的线性对撞机,正是因为这个原因——你可以让粒子不停地运动,不停地加速。但是,直线飞机,你只有一次机会,然后噗的一声就完了!
问题是,当你开始让带电粒子绕圈弯曲时,你最终会通过同步辐射失去能量。失去能量是不好的,因为你的粒子变慢了!
电磁说,当你加速粒子时,能量损失的速率与加速度的平方成正比,根据Lamor的公式:
PL∝a2
圆周运动导致向中心的恒定*加速度,其大小为:
一个= v2R
其中R是加速器的半径。
因此* *:
PL∝R−2
让我们在我的老朋友MATLAB的帮助下画出来:
因此,当R变小时,你的能量损失会越来越大!
因为以这种方式失去的能量是不进入碰撞的能量,这很糟糕!
当然也有加速器专门利用这些损失的能量(比如钻石光源,就在我以北几英里处)利用同步加速器辐射做一些很酷的事情,但在粒子对撞机中,这是不好的。
因此,为了尽可能减小这种负面影响,并在传统加速器设置中获得最大的能量,你需要尽可能大的半径。
LHC半径4300米,周长27公里。
那真是太大了。
所以如果它能量最大因为它最大,为什么它最大?
因为没有人能负担得起建造一个更大的!
大型强子对撞机的造价高得离谱(但我得补充一句,这是值得的),而且他们通过使用原先由LEP占用的隧道,成功地削减了大量成本。
因此,还没有人有资源或动力去建造一个更大的加速器——(就目前而言)把钱花在升级现有的LHC上,以最大限度地提高这台机器的物理产量,更具成本效益。
所以,由于大型强子对撞机是一个又大又胖的怪物,没有人有钱去超越它,它将是在相当长一段时间内存在的最高能量加速器!
显然加速度不是恒定的,因为速度在增加,但半径保持不变!但是我们可以近似的知道,在单次穿越时间中能量是恒定的,所以这是一个合理的近似。
严格地说,这也只有在低速情况下才成立。如果你想要完全的相对论治疗,你需要使用Lienard-Wiechert场,但那是混乱的,这是它的要点!