为什么大型强子对撞机中的两个粒子需要在碰撞前转这么多圈?LHC不能精确地碰撞它们

时间:2020-06-29 09:33:15   作者:
质子碰撞的横截面为100mb(毫巴),这是一个面积单位。一个谷仓是(10 - 12厘米)2,所以要有高碰撞概率,你必须用10飞米聚焦光束。光束光斑的尺寸是惊人的大,以微米测量(比针点小得多)。但毫米尺度是如此之小,令人难以想象,甚至难以想象——比微米尺度小数十亿倍。

公里尺度比微米尺度大十亿倍!所以千分尺是飞米刻度和千米刻度之间的等距。一个山和LHC的光斑大小之间的差异,就像LHC的光斑大小和每次有良好机会相互作用所必需的光斑大小之间的距离一样。

在实际操作中,他们将1万亿左右的质子放入两束,粒子的大小用平方微米测量,然后再循环大约10亿次。

费米是有史以来最伟大的物理学家之一。他提出了弱相互作用和这个常数共享他的名字,GF -费米常数,同样的距离尺度- 1飞米= 1费米。他认为弱相互作用的物理原理将永远超出对撞机的范围。原因是,他只能想象在固定目标实验中,将一束粒子撞击成一团物质。这意味着碰撞产生的能量只会增加到光束能量的平方根——你需要一个地球大小的加速器才能达到弱尺度。认为你可以精确地聚焦粒子束,从而得到足够有意义的相互作用,这简直是科幻小说。

你能把光斑的大小减小10倍吗?也许吧。科幻小说中的数字是1000,那仍然是纳米尺度。

最终你会得到什么?现在,每一束交叉都有几十次碰撞。这个数字会增加到几百。但如果你把它乘以10的倍数,每次你会有成千上万的碰撞。这是一团难以辨认的混乱。所以你最终会放入更少的粒子。所以你不会得到更多的数据。这可能会节省一点能源,但仅此而已。而这一切都在发展科幻技术的过程中。
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