对撞机的造价

1、世界上有哪些造价超过200亿美元的设备？

军工设备,比如说航母科研设备,比如说位于瑞士的大型强子对撞机,离心机,和航空设备,航空飞船等

2、曼哈顿计划用了多少钱 欧洲大型强子对撞机多少钱

“美国陆军部于1942年6月开始实施利用核裂变反应来研制原子弹的计划，亦称曼哈顿计划(Manhattan Project)。该工程集中了当时西方国家（除纳粹德国外）最优秀的核科学家，动员了10万多人参加这一工程，历时3年，耗资20亿美元。”来源：http://ke.baidu.com/link?url=--dsYtFUBUF-LORO8bfmc3dgF69K有必要提一句，当时的美元购买力比现在强太多。即便按二战后布雷顿森林体系计算，1盎司黄金=35美元，按照今天折价需要乘以30倍。“（欧洲大型强子对撞机）超过60亿美元,200多物理学家参与。”来源：http://tech.sina.com.cn/d/focus/2008LHC/可以说是后者比起前者造价低得多，因为它只是一台仪器的构建，而曼哈顿计划是一个系统的工程。当然，还有一点原因是比起六十年前，工业生产能力又有了很大的提高，会导致高精密构建价格的下降。

3、大型强子对撞机的建造过程

大型强子对撞器 ，英文名称为LHC（Large Hadron Collider）是一座位于瑞士日内瓦近郊欧洲核子研究组织CERN的粒子加速器与对撞机，作为国际高能物理学研究之用。地理坐标为北纬46°14′00″，东经6°03′00″46.233333333333;6.05， LHC已经建造完成。大型强子对撞机将是世界上最大、能量最高的粒子加速器，来自大约80个国家的7000名科学家和工程师。由40个国家建造。是一种将质子加速对撞的高能物理设备。它是一个圆形加速器，深埋于地下100米，它的环状隧道有 27 公里长，坐落于在瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心（又名欧洲粒子物理实验室），横跨法国和瑞士的边境。为了节省成本，物理学家们没有开凿一条昂贵的新隧道来容纳新的对撞机，而是决定拆掉原来安置在欧洲原子核研究中心的正负电子加速器，代之以建造大型强子对撞机所需要的5万吨设备。当两个质子束在环形隧道中沿着反方向运动的时候，强大的电场使它们的能量急剧增加。这些粒子每运行一圈，就会获得更多的能量。要保持如此高能量的质子束继续运行需要非常强大的磁场。这么强的磁场是由冷却到接近绝对零度的超导电磁体产生的。物理学家们最希望建造的是一个30公里长的机器，它能以至少5千亿电子伏的能量将电子和正电子一起粉碎。

4、一个粒子对撞机的造价近千亿，为什么高能物理的研究如此烧钱？

在现在这个科技代表国家实力的年代，每个国家的设备都是被人们所关注的。

任何一个国家的尖端科研领域，都面临一个非常棘手的问题，那就是这些领域动辄都需要天文数字的资金投入，就拿生物科研来说，一种新型药物的研发往往需要投入几十亿甚至上百亿的前期经费，因此市面上才会出现很多为人诟病的“高价药”。

　高昂的研发费用和后期的利润回收成为科学和应用的剧烈冲突点，因此很多尖端科技的市场应用和核心技术往往都掌握在经济发达的国家手中，据统计，全世界能够独立投入资金进行尖端科学研究的，只有不到十五国家，而这个“恐怖巨兽”，至今没有任何一个国家能够独立完成，它就是大型粒子对撞机。微观粒子物理已经处于瓶颈期，很多相关理论要么停滞不前要么已经完备。基础理论是全球公开的！只有应用技术是保密或需花钱购买的！按照目前发现的粒子数量，至今没有听说有一件以观察到的粒子现象转化成实用技术，或者用粒子，夸克改善指导了新型科技的发展。物质里面的粒子你观察或者不观察他都在哪里。有些人迫不及待的想要观察，只不过是满足自己的好奇心而已。

所以说高能物理只是在人们不知道研究什么的时候才开始研究的一种新的体系，这个体系目前来说还是很难以研究的，所以是肯定烧钱的

5、造价数百亿美元的对撞机为什么也找不到暗物质？

对于天文学家来说，暗物质与恒星、行星一样，都是真实存在的物质。天文学家可以绘制暗物质分布图，把一个个星系视为由“发光”的普通物质点缀着的暗物质云团。借用暗物质，科学家还成功地解释了宇宙结构是如何形成和演化的。然而，经过10多年的搜索，我们至今仍然没能直接探测到暗物质。我们被笼罩在暗物质的云团中，却不知宇宙的暗面究竟为何物。

 

科学家早已确信，暗物质不是我们所熟知的任何一种普通物体或粒子。目前，理论研究倾向于认为暗物质由一种新粒子构成，这种粒子与普通粒子之间存在弱相互作用。大量暗物质粒子会在宇宙空间中穿行，甚至能够穿透地球，因此我们有理由相信，总有一些暗物质粒子会在我们身边留下踪迹。物理学家将晶体放置在低温探测器中，深埋于地下以便屏蔽掉普通粒子带来的噪声，静静等待探测器中的能量和闪光信号。这些信号将会暴露那些神秘的未知粒子的行踪，然而截至目前，研究人员仍然一无所获。在美国南达科他州利德市，大型地下氙探测器（Large Underground Xenon experiment, LUX）位于地下1.6千米深的一座废弃金矿中，该装置目前尚未得到任何探测结果。中国锦屏地下实验室的“熊猫计划”（PandaX）位于2.4千米厚的岩石之下，它也尚未探测到暗物质。在法国阿尔卑斯山下的弗雷瑞斯公路隧道中，EDELWEISS暗物质探测装置位于地下1.7千米深处，同样没有任何结果。世界上还有其他一些暗物质探测实验，均毫无收获。

 

  各项实验都没有得到结果，这使得暗物质所能够存在的参数区间越来越小。面对实验结果的荒原，理论物理学家假想了一些性质更加奇特的粒子，但这些粒子大部分都更难探测。在实验上，我们还可以尝试用粒子对撞机来制造暗物质，通过探测粒子的总能量是否呈现表观上的减少，来判断碰撞中是否有暗物质产生。欧洲核子中心的大型强子对撞机做了这项实验，但尚未发现暗物质的踪迹。一些理论物理学家怀疑，也许暗物质根本就不存在，而是目前的引力理论，即爱因斯坦的广义相对论，误导了我们。根据广义相对论，如果星系中仅仅包含可见的普通物质，那么其所产生的万有引力将不足以维持星系的形态，星系中的物质会飞散到宇宙空间中去。诚然，广义相对论可能有漏洞，但目前为止，它经受了所有的实验检验，而能够挑战广义相对论的理论则总是看上去包含有致命的缺陷。

 

 目前，宇宙中85%的物质仍是人类未知的。更可怕的是，我们或许永远都解不开这个谜题。

6、强子对撞机是什么?_?

参见网址http://ke.baidu.com/link?url=-6

7、介绍下银河百亿次对撞机？

对撞机collider在高能同步加速器基础上发展起来的一种装置，其主要作用是积累并加速相继由前级加速器注入的两束粒子流，到一定束流强度及一定能量时使其在相向运动状态下进行对撞，以产生足够高的相互作用反应率，便于测量。用高能粒子轰击静止靶（粒子）时，只有质心系中的能量才是粒子相互作用的有效能量，它只占实验室系中粒子总能量的一部分。如果射到靶上的粒子能量为 E，则对靶中同种粒子作用的质心系能量为(E为粒子的静止能量)。可见，随着E的增高，用于相互作用的那部分能量所占的比例将越来越小，即被加速粒子能量的利用效率越来越低，但是，如果是两个能量为 E的相向运动的同种高能粒子束对撞，则质心系能量约为2E，即粒子全部能量均可用来进行相互作用。可见，为了得到相同的质心系能量，所需的加速器能量将比对撞机大得多。如果对撞机能量为 E，则相应的加速器能量应为2E2/E。例如，能量为 2×300GeV的质子、质子对撞机，同一台能量为 180000GeV的质子加速器相当，建造这样高能量的加速器。在目前的技术水平及经济条件仍然是不可及的。但建造上述能量或更高一些能量的对撞机是完全可行的，这就是近20年来对撞机得到广泛发展的原因之一。对撞机的主要指标除能量外还有亮度。所谓对撞机的亮度是指该对撞机中所发生的相互作用反应率除以该相互作用的反应截面。显然亮度越高对撞机的性能就越好,1986年时对撞机达到的亮度约在1029～1032cm-2·s-1。历史20世纪50年代初，加速器的设计者就有过利用对撞束来获得更高质心系能量的设想，但是鉴于加速器中束流的强度太低,束流密度远低于靶的粒子密度,双束对撞引起的相互作用反应率将比束流轰击固定靶时发生的反应率低106倍,这样,很难进行最低限度的测量,这种设想就没有得到应有的重视，1956年人们开始懂得依靠积累技术，可以获得必要强度的束流，从而使对撞机的研究真正被提到日程上来。正负电子对撞机的造价低，技术简单，因此它是首先研究的对象。最初的两台对撞机是1961年投入运行的，不久又相继出现了好几台低能量的电子对撞机。B.里希特就是在美国斯坦福直线加速器中心的正负电子对撞机SPEAR上发现著名的 J/ψ粒子的（同时在美国布鲁克海文国家实验室由丁肇中教授发现），为近代高能物理的发展作出了很大的贡献，正是由于这一成就为后来人们下决心建造更大的正负电子对撞机起了决定性的作用。目前建成的质子对撞机如欧洲核子中心代号 ISR的交叉储存环，其能量为2×31GeV，它于1971年已投入运行。由于电子冷却及随机冷却技术（见加速器技术和原理的发展）的成功,使反质子束的性能大大得到改善,而且束流可以积累到足够的强度，从而有可能在同一环中进行质子－反质子对撞。欧洲核子中心于1981年将一台能量为 400GeV的质子同步加速器（即SPS）改建成质子－反质子对撞机，并于1983年取得了极其重要的实验成果，发现了W±、Z0粒子。对撞机特点 与同步加速器极为相似，对撞机呈环形，沿环安放着磁铁系统、高频系统、真空系统以及探测和校正系统等。此外，它沿圆环还有两个或两个以上专供对撞用的特殊长直线节，探测仪器就被安置在长直线节内的对撞点附近的空间中。使电荷相反，静止质量相同的两束粒子相碰比较简单，只要建立一个环就行了。如果是电荷相同的同种粒子相撞，就必须要建立两个环。两个环的外加磁场方向相反。这两个环可以建在同一平面中，使其在几个交叉的地方进行对撞，也可以建立在上下两个不同平面中，用特殊的电磁场使两种粒子在长直线节内相撞，此外，高能量的对撞机还需要用一台高能加速器（一般用同步加速器或直线加速器）作为注入器，先把粒子加速到一定能量,再注入到对撞机中去进行积累,进一步加速及对撞。积累、加速及对撞是对撞机的三大机能，所谓积累是设法把高能加速器在不同时间加速出来的脉冲粒子束团积累在对撞机环形真空室（称为储存环）中。一般需要积累几十或上千个束团，才能达到对撞所需的强度。电子同步加速器的束流团的积累是依靠同步辐射来完成的，同步辐射虽然使同步加速器的能量难于进一步提高，但却使得电子束的横向及纵向的尺寸在加速过程中大大收缩，即密度大大提高，利用这一特性就可以积累一股很强的电子束流。质子却没有这种特性，这就需要用动量积累过程来得到强流质子束。积累以后，对撞机还可以将注入其中的高能粒子进一步加速到更高的能量，对撞机的这一作用与普通的同步加速器完全一样，粒子的能量是由安置在圆环上的高频加速腔供给的，在整个加速过程中，对撞机的磁场逐渐上升，高频腔的频率也被严格控制得与被加速粒子的回旋频率一样或成整数倍，从而使粒子不断地被加速到更高能量。当粒子被加速到预定能量后，对撞机的磁场就被维持在相应的恒定值上，粒子束就在环形真空室中不断地回旋，两束并在对撞区域内某点发生对撞。这时布置在对撞区周围的测量仪器,就可对碰撞时发生的事例不断地进行测量,剩下的没有起反应的粒子将继续在环里回旋运动，等到下一次到达对撞区时再度发生对撞。一直到束流的强度降低到不能再作物理实验为止，这时两股束流的寿命也就中止了。束流的寿命一般可达几小时或几十小时，所以作为注入器的高能加速器只有在积累过程中才把粒子束流提供给对撞机，而在对撞的过程中，还可供轰击静止靶的物理实验用。为了增加对撞的几率（即提高对撞机的亮度）,70年代初期,出现了在对撞区中插入一种特殊的称为低包络插入节的聚焦结构，使束流在对撞点的横截面受到强烈的压缩，从而使对撞点的束流密度大大增加。由于采用了这种结构，使70年代建造的对撞机的亮度比以前提高了一两个数量级。另外，为了尽可能的延长束流的寿命，对撞机环内的真空度平均不得低于 10-8～10-9 Torr,尤其是在对撞区附近。为了减少物理实验的本底，即为了保证使束流与束流发生对撞的几率大大超过束流与残余气体相撞的几率，真空度应维持在10-10～10-11Torr左右。所以大体积高真空这一技术也随着对撞机的发展而发展起来了。对撞机的类型电子－正电子对撞机 又称正负电子对撞机，由于正负电子的电荷相反，所以这种对撞机只要建立一个环就可以了。相应的造价就比较低，目前世界上已建成的对撞机大部分是属于这一类的。但是，由于电子回旋时引起的同步辐射损失，使这种对撞机能量的进一步提高发生了困难，因为同步辐射功率与电子的能量二次方成正比，且与回旋半径的平方成反比，为了减少辐射损失，一般高能量的电子对撞机均采用大半径方案，即采用只有几千高斯的低磁场来控制电子的运动，即使如此，目前电子对撞机的最高能量仍然受到很大的限制，例如,10GeV的电子在曲率半径为100m的对撞机中运动时,每圈的辐射损失约为10MeV，如果对撞机中的回旋电流为1A，要补偿这束电子流的辐射损失，就需要平均功率为10MW的高频功率。假如正电子流也为1A，则总的平均功率为20MW，由此可见，对撞机中高加速频系统的功率绝大部分是用来补偿这一同步辐射损失的。辐射特性虽然给电子能量的进一步提高带来了困难，但也有一定的好处，这是因为电子或正电子注入对撞机后，由于电子的辐射损失，使电子截面受到强烈的压缩，电子很快集中到一个很小的区域中，其余的空间可以用来容纳再一次注入的电子，这样使积累过程简化，而且允许采用较低能量的注入器，通常采用直线加速器，也有采用电子同步加速器的。这种对撞机中所需的正电子是由能量为几十兆电子伏以上的电子打靶后产生的，为了得到尽可能强的正电子束，往往需要建造一台低能量的强流电子直线加速器。另外产生出来的正电子束尚需再度注入到注入器中，与电子一起加速到必要的能量，再注入到对撞机中去。由于正电子束的强度只及电子束的千分之一到万分之一，所以需要几分甚至几十分钟的积累，才能达到足够的强度。质子-质子对撞机 这种对撞机需要建造两个环,分别储存两束相反方向回旋的质子束，才能实行质子与质子的对撞。由于质子作回旋运动时，其同步辐射要比电子小得多，在目前质子达到的能量范围内，可以略去不计，因此为缩小这类对撞机的规模,尽量采用强磁场,这就需要采用超导磁体。另外，质子束的积累也不如电子对撞机那样方便，它必须依靠动量空间的积累来实现。为此，必须首先在高能同步加速器中，将质子加速到高能（一般为几十吉电子伏），依靠绝热压缩，将质子束的动量散度压缩上百倍，再注入到对撞机中去进行积累，质子对撞机中的高频加速系统主要是用来进行动量空间的积累及积累完毕后的进一步加速，因此所需要的高频功率也比电子对撞机小得多。由于上述原因，质子－质子对撞机的规模要比电子－正电子对撞机大，投资也较高。质子－反质子对撞机 质子与反质子的质量相同，电荷相反，也只需要造一个环就能进行对撞。这种对撞机发展得较晚，主要原因在于由高能质子束打靶产生的反质子束强度既弱，性能又差，无法积累到足够的强度与质子对撞。70年代后期，“冷却”技术的成功，给予这种对撞机巨大的生命力(见加速器技术和原理的发展)。由于冷却技术的成功，使得现有的高能质子同步加速器，只要它的磁铁性能及真空度够好的话，均有可能可以改成质子－反质子对撞机。今后再建的超高能质子同步加速器，均考虑了同时进行质子－反质子对撞的可能，由此可见，这一技术成功的意义是何等重要。实现质子－反质子对撞虽然比质子－质子对撞能节省一个大环，但也有一定的弱点，主要是由于尽管经过冷却及积累,反质子的强度仍然比质子的低得多,这样使得质子－反质子对撞机的亮度比质子－质子对撞机低得多，前者最大为1029～1030cm-2·s-1, 后者则为1032cm-2·s-1。电子－质子对撞机 这种对撞机的主要困难在于电子束的横截面很小，线度约为几分之一毫米，而质子的横截面较大,线度约为一厘米左右。前者束流较密集,后者较疏松，两者相撞时作用几率很小，目前正在研究中，实现这种对撞需建立两个环，一个是低磁场的常规磁铁环,以储存及加速电子；另一个是高场的超导磁体环,以储存并加速质子，两个环的半径相同并放在同一隧道中，所以电子的能量通常是几十吉电子伏，质子的能量为几百吉电子伏。随着加速器技术的提高,为了节约投资,新建的巨型加速器，往往在一个隧道中建造三个环，以便可能进行多种粒子对撞，例如质子质子、质子－反质子，电子－正电子、质子－电子对撞。电子直线对撞机 为避免电子作回旋运动时同步辐射损失引起的困难，早在1965年已有人指出，在电子能量高于上百吉电子伏时，应采用直线型来进行对撞， 就是说，应采用两台电子直线加速器加速两股运动方向相反的电子束（或正负电子束）待达到预定能量后，两股电子束被引出并在某点相碰。碰撞一次后的电子束即被遗弃，不再重复利用。当然，只有当这些被遗弃的电子束单位时间所带走的能量小于环形对撞机中同步辐射的损失功率，这种方案才会被考虑。另外，由于电子直线加速功率的限制，每秒能提供的电子束脉冲数是有限的，所以单位时间内发生的碰撞次数也比环形对撞机少得多，为了保证直线对撞机与环形对撞机有相同的亮度，要求在碰撞点的横截面进一步压缩，约比环形对撞机中的碰撞截面小几十到几百倍，十多年来技术上的进展，使这种对撞机受到重视，有关的各种问题正在解决中。银河-1号巨型计算机1978年3月，邓小平代表党中央作出决定，亿次巨型计算机由国防科技大学搞。慈云桂担任了这一任务的总指挥和总设计师。他们充分利用对外开放的有利条件，设计出既符合中国国情又与国际主流巨型机兼容的中国亿次巨型机总体方案。组织精兵强将攻关，在新技术、新工艺、新理论的探索中，终于使"银河"亿次巨型机比国际主流巨型机在10个方面有了创造性的发展，填补了国内巨型机的空白，使我国成为世界上少数几个拥有研制巨型计算机的国家之一，并在石油勘探、气象预报和工程物理研究等研究领域广泛应用。他最早倡导在中国开展智能计算机的研究，负责组建了中国计算机学会智能计算机专业组，并成功主持了新一代计算机系统国际学术会议。1983年12月22日，中国第一台每秒钟运算一亿次以上的“银河”巨型计算机，由国防科技大学计算机研究所在长沙研制成功。它填补了国内巨型计算机的空白，标志着中国进入了世界研制巨型计算机的行列。

8、粒子对撞机造价近千亿，高能物理研究如此烧钱,我们还要不要造？

世界上任何一个国家的尖端科研领域，都面临一个非常棘手的问题，那就是这些领域动辄都需要天文数字的资金投入，就拿生物科研来说，一种新型药物的研发往往需要投入几十亿甚至上百亿的前期经费，因此市面上才会出现很多为人诟病的“高价药”。高昂的研发费用和后期的利润回收成为科学和应用的剧烈冲突点，因此很多尖端科技的市场应用和核心技术往往都掌握在经济发达的国家手中，据统计，全世界能够独立投入资金进行尖端科学研究的，只有不到十五国家，而我们今天要给大家介绍的这个“恐怖巨兽”，至今没有任何一个国家能够独立完成，它就是大型粒子对撞机。

自从2018年杨振宁教授公开反对中国建造大型粒子对撞机之后，这个话题就成为全社会热烈讨论关注的焦点，而近期国科院举行的座谈会上，杨振宁教授再次发表讲话，更加系统地提出了自己的反对意见。与杨振宁教授针锋相对的则是该项目的发起者和负责人，中国高能物理研究所所长王贻芳，王贻芳坚持认为中国必须要有自己的大型粒子对撞机，它的落成将会彻底改变中国工业科技落后的局面。

杨振宁教授的反对意见也非常明确，首先便是资金问题，目前全世界唯一一台大型粒子对撞机便是欧洲的LHC项目，这个加速环道只有25公里，却消耗了整整八十亿美金，而王贻芳所长认为中国需要建设至少一百公里长的粒子对撞机，才能观测到革命性的科研成果，杨振宁认为这个机器设备将会消耗国家一千亿的科研经费。如此巨大的资金投入，仅仅是为了加速两个微观粒子，即便是美国都无力建设这样的科研设备，而作为发展中国家的我们，要花费如此惊人的费用去尝试突破微观粒子研究，的确是一个让人感到“揪心”的问题。

 诗韵说：虽然反对派中有杨振宁教授这样全球闻名的物理大师，但是支持建造的阵营中也有李政道、丘成桐这样的科学巨咖，正是因为这些人类顶级头脑的激烈交锋，加上千亿人民币的资金消耗，才让这个科研项目显得格外不同，网络上对此也出现很多不同的声音，全民讨论的高潮一波接着一波，而大型粒子对撞机除了自己担负的科研使命，是否能为中国科研挽回失去的“真心”，才是它最重要的任务。

9、强子对撞机是什么意思

在高能同步加速器基础上发展起来的一种装置，其主要作用是积累并加速相继由前级加速器注入的两束粒子流，到一定束流强度及一定能量时使其在相向运动状态下进行对撞，以产生足够高的相互作用反应率，便于测量。 用高能粒子轰击静止靶（粒子）时，只有质心系中的能量才是粒子相互作用的有效能量，它只占实验室系中粒子总能量的一部分。如果射到靶上的粒子能量为 E，则对靶中同种粒子作用的质心系能量约为 (E为粒子的静止能量)。可见，随着Eo的增高，用于相互作用的那部分能量所占的比例将越来越小，即被加速粒子能量的利用效率越来越低，但是，如果是两个能量为 E的相向运动的同种高能粒子束对撞，则质心系能量约为2E，即粒子全部能量均可用来进行相互作用。可见，为了得到相同的质心系能量，所需的加速器能量将比对撞机大得多。如果对撞机能量为 E，则相应的加速器能量应为2E2/E。例如，能量为2×300GeV的质子、质子对撞机，同一台能量o为 180000GeV的质子加速器相当，建造这样高能量的加速器。在目前的技术水平及经济条件仍然是不可及的。但建造上述能量或更高一些能量的对撞机是完全可行的，这就是近20年来对撞机得到广泛发展的原因之一。 对撞机的主要指标除能量外还有亮度。所谓对撞机的亮度是指该对撞机中所发生的相互作用反应率除以该相互作用的反应截面。显然亮度越高对撞机的性能就越好,1986年时对撞机达到的亮度约在1029～1032cm-2·s-1。 历史 20世纪50年代初，加速器的设计者就有过利用对撞束来获得更高质心系能量的设想，但是鉴于加速器中束流的强度太低,束流密度远低于靶的粒子密度,双束对撞引起的相互作用反应率将比束流轰击固定靶时发生的反应率低106倍,这样,很难进行最低限度的测量,这种设想就没有得到应有的重视，1956年人们开始懂得依靠积累技术，可以获得必要强度的束流，从而使对撞机的研究真正被提到日程上来。 正负电子对撞机的造价低，技术简单，因此它是首先研究的对象。最初的两台对撞机是1961年投入运行的，不久又相继出现了好几台低能量的电子对撞机。B.里希特就是在美国斯坦福直线加速器中心的正负电子对撞机SPEAR上发现著名的 J/ψ粒子的（同时在美国布鲁克海文国家实验室由丁肇中教授发现），为近代高能物理的发展作出了很大的贡献，正是由于这一成就为后来人们下决心建造更大的正负电子对撞机起了决定性的作用。 目前建成的质子对撞机如欧洲核子中心代号 ISR的交叉储存环，其能量为2×31GeV，它于1971年已投入运行。 由于电子冷却及随机冷却技术（见加速器技术和原理的发展）的成功,使反质子束的性能大大得到改善,而且束流可以积累到足够的强度，从而有可能在同一环中进行质子－反质子对撞。欧洲核子中心于1981年将一台能量为 400GeV的质子同步加速器（即SPS）改建成质子－反质子对撞机，并于1983年取得了极其重要的实验成果，发现了W±、Z0粒子。 对撞机特点 与同步加速器极为相似，对撞机呈环形，沿环安放着磁铁系统、高频系统、真空系统以及探测和校正系统等。此外，它沿圆环还有两个或两个以上专供对撞用的特殊长直线节，探测仪器就被安置在长直线节内的对撞点附近的空间中。使电荷相反，静止质量相同的两束粒子相碰比较简单，只要建立一个环就行了。如果是电荷相同的同种粒子相撞，就必须要建立两个环。两个环的外加磁场方向相反。这两个环可以建在同一平面中，使其在几个交叉的地方进行对撞；也可以建立在上下两个不同平面中，用特殊的电磁场使两种粒子在长直线节内相撞，此外，高能量的对撞机还需要用一台高能加速器（一般用同步加速器或直线加速器）作为注入器，先把粒子加速到一定能量,再注入到对撞机中去进行积累,进一步加速及对撞。积累、加速及对撞是对撞机的三大机能，所谓积累是设法把高能加速器在不同时间加速出来的脉冲粒子束团积累在对撞机环形真空室（称为储存环）中。一般需要积累几十或上千个束团，才能达到对撞所需的强度。电子同步加速器的束流团的积累是依靠同步辐射来完成的，同步辐射虽然使同步加速器的能量难于进一步提高，但却使得电子束的横向及纵向的尺寸在加速过程中大大收缩，即密度大大提高，利用这一特性就可以积累一股很强的电子束流。质子却没有这种特性，这就需要用动量积累过程来得到强流质子束。积累以后，对撞机还可以将注入其中的高能粒子进一步加速到更高的能量，对撞机的这一作用与普通的同步加速器完全一样，粒子的能量是由安置在圆环上的高频加速腔供给的，在整个加速过程中，对撞机的磁场逐渐上升，高频腔的频率也被严格控制得与被加速粒子的回旋频率一样或成整数倍，从而使粒子不断地被加速到更高能量。当粒子被加速到预定能量后，对撞机的磁场就被维持在相应的恒定值上，粒子束就在环形真空室中不断地回旋，两束并在对撞区域内某点发生对撞。这时布置在对撞区周围的测量仪器,就可对碰撞时发生的事例不断地进行测量,剩下的没有起反应的粒子将继续在环里回旋运动，等到下一次到达对撞区时再度发生对撞。一直到束流的强度降低到不能再作物理实验为止，这时两股束流的寿命也就中止了。束流的寿命一般可达几小时或几十小时，所以作为注入器的高能加速器只有在积累过程中才把粒子束流提供给对撞机，而在对撞的过程中，还可供轰击静止靶的物理实验用。为了增加对撞的几率（即提高对撞机的亮度）,70年代初期,出现了在对撞区中插入一种特殊的称为低包络插入节的聚焦结构，使束流在对撞点的横截面受到强烈的压缩，从而使对撞点的束流密度大大增加。由于采用了这种结构，使70年代建造的对撞机的亮度比以前提高了一两个数量级。另外，为了尽可能的延长束流的寿命，对撞机环内的真空度平均不得低于 10-8～10-9 Torr,尤其是在对撞区附近。为了减少物理实验的本底，即为了保证使束流与束流发生对撞的几率大大超过束流与残余气体相撞的几率，真空度应维持在10-10～10-11Torr左右。所以大体积高真空这一技术也随着对撞机的发展而发展起来了。 对撞机的类型 1、电子－正电子对撞机 又称正负电子对撞机，由于正负电子的电荷相反，所以这种对撞机只要建立一个环就可以了。相应的造价就比较低，目前世界上已建成的对撞机大部分是属于这一类的。 但是，由于电子回旋时引起的同步辐射损失，使这种对撞机能量的进一步提高发生了困难，因为同步辐射功率与电子的能量二次方成正比，且与回旋半径的平方成反比，为了减少辐射损失，一般高能量的电子对撞机均采用大半径方案，即采用只有几千高斯的低磁场来控制电子的运动，即使如此，目前电子对撞机的最高能量仍然受到很大的限制，例如,10GeV的电子在曲率半径为100m的对撞机中运动时,每圈的辐射损失约为10MeV，如果对撞机中的回旋电流为1A，要补偿这束电子流的辐射损失，就需要平均功率为10MW的高频功率。假如正电子流也为1A，则总的平均功率为20MW，由此可见，对撞机中高加速频系统的功率绝大部分是用来补偿这一同步辐射损失的。 辐射特性虽然给电子能量的进一步提高带来了困难，但也有一定的好处，这是因为电子或正电子注入对撞机后，由于电子的辐射损失，使电子截面受到强烈的压缩，电子很快集中到一个很小的区域中，其余的空间可以用来容纳再一次注入的电子，这样使积累过程简化，而且允许采用较低能量的注入器，通常采用直线加速器，也有采用电子同步加速器的。 这种对撞机中所需的正电子是由能量为几十兆电子伏以上的电子打靶后产生的，为了得到尽可能强的正电子束，往往需要建造一台低能量的强流电子直线加速器。另外产生出来的正电子束尚需再度注入到注入器中，与电子一起加速到必要的能量，再注入到对撞机中去。由于正电子束的强度只及电子束的千分之一到万分之一，所以需要几分甚至几十分钟的积累，才能达到足够的强度。 2、质子－质子对撞机 这种对撞机需要建造两个环,分别储存两束相反方向回旋的质子束，才能实行质子与质子的对撞。由于质子作回旋运动时，其同步辐射要比电子小得多，在目前质子达到的能量范围内，可以略去不计，因此为缩小这类对撞机的规模,尽量采用强磁场,这就需要采用超导磁体。另外，质子束的积累也不如电子对撞机那样方便，它必须依靠动量空间的积累来实现。为此，必须首先在高能同步加速器中，将质子加速到高能（一般为几十吉电子伏），依靠绝热压缩，将质子束的动量散度压缩上百倍，再注入到对撞机中去进行积累，质子对撞机中的高频加速系统主要是用来进行动量空间的积累及积累完毕后的进一步加速，因此所需要的高频功率也比电子对撞机小得多。由于上述原因，质子－质子对撞机的规模要比电子－正电子对撞机大，投资也较高。 3、质子－反质子对撞机 质子与反质子的质量相同，电荷相反，也只需要造一个环就能进行对撞。这种对撞机发展得较晚，主要原因在于由高能质子束打靶产生的反质子束强度既弱，性能又差，无法积累到足够的强度与质子对撞。70年代后期，“冷却”技术的成功，给予这种对撞机巨大的生命力(见加速器技术和原理的发展)。 由于冷却技术的成功，使得现有的高能质子同步加速器，只要它的磁铁性能及真空度够好的话，均有可能可以改成质子－反质子对撞机。今后再建的超高能质子同步加速器，均考虑了同时进行质子－反质子对撞的可能，由此可见，这一技术成功的意义是何等重要。 实现质子－反质子对撞虽然比质子－质子对撞能节省一个大环，但也有一定的弱点，主要是由于尽管经过冷却及积累,反质子的强度仍然比质子的低得多,这样使得质子－反质子对撞机的亮度比质子－质子对撞机低得多，前者最大为1029～1030cm-2·s-1, 后者则为1032cm-2·s-1。 4、电子－质子对撞机 这种对撞机的主要困难在于电子束的横截面很小，线度约为几分之一毫米，而质子的横截面较大,线度约为一厘米左右。前者束流较密集,后者较疏松，两者相撞时作用几率很小，目前正在研究中，实现这种对撞需建立两个环，一个是低磁场的常规磁铁环,以储存及加速电子；另一个是高场的超导磁体环,以储存并加速质子，两个环的半径相同并放在同一隧道中，所以电子的能量通常是几十吉电子伏，质子的能量为几百吉电子伏。随着加速器技术的提高,为了节约投资,新建的巨型加速器，往往在一个隧道中建造三个环，以便可能进行多种粒子对撞，例如质子质子、质子－反质子，电子－正电子、质子－电子对撞。 5、电子直线对撞机 为避免电子作回旋运动时同步辐射损失引起的困难，早在1965年已有人指出，在电子能量高于上百吉电子伏时，应采用直线型来进行对撞，就是说，应采用两台电子直线加速器加速两股运动方向相反的电子束（或正负电子束）待达到预定能量后，两股电子束被引出并在某点相碰。碰撞一次后的电子束即被遗弃，不再重复利用。当然，只有当这些被遗弃的电子束单位时间所带走的能量小于环形对撞机中同步辐射的损失功率，这种方案才会被考虑。另外，由于电子直线加速功率的限制，每秒能提供的电子束脉冲数是有限的，所以单位时间内发生的碰撞次数也比环形对撞机少得多，为了保证直线对撞机与环形对撞机有相同的亮度，要求在碰撞点的横截面进一步压缩，约比环形对撞机中的碰撞截面小几十到几百倍，十多年来技术上的进展，使这种对撞机受到重视，有关的各种问题正在解决中。

10、对撞机 反物质为什么那么少

对撞机是大型尖端的科研设备，它的造价很恐怖——例如欧洲粒子物理实验室的大型强子对撞机LHC，工程总预算超过80亿美元。这样的设备当然不可能像民用品一样遍地开花。 至于反物质，通过粒子物理实验生成的数量当然很少（以粒子个数计），然而在自然界中，它并不那么罕见。最多的是正电子，在宇宙射线轰击大气分子时，它会在电磁过程中大量产生，并与环境中的普通电回子碰撞湮灭。关于这些过程，你答可以搜索“γ射线的电磁级联”等关键字来查询相关文献。

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