新疆域
                          FRONTIERS

[美]艾萨克·阿西莫夫  著
上海科技教育出版社 1999.12

扫描，校对：异调


基础科学新疆域(FRONTIERS OF SCIENCE)，朱宝如  译

                       原子对撞机之最

    刚开始时，人们把它称作原子对撞机。后来，人们给予它一个更
科学更准确的名字，叫“粒子加速器”。尽管如此。公众还是习惯称
它为原子对撞机。

    粒子加速器的思想正如它的名称所表达的。微小的亚原子位子，
它带有电荷，在磁场作用下越跑越快。最后，当粒子被加速到尽可能
高的速度时，撞击到一个靶上。

    粒子跑得越快，质量就越大，撞击得越猛烈，产生的能量也越高。
撞击的能量部分转化为质量，因而生成新的粒子，其中有的粒子质量
是如此之大，以至于通常在自然界中是观测不到的。

    第一台粒子加速器建于1928年，粒子可以被加速到大约40万电子
伏的能量。在这类设备中，粒子是沿着直线加速的。因此，要想达到
越来越高的能量，就必须使设备的长度增加到数英里长，从而变得庞
大而不实用。

    1931年，加利福尼亚大学的欧内斯特·O·劳伦斯（Ernest O.
Lawrence）提出了一个卓越的思想，即迫使粒子沿着磁极之间作螺旋
线运动。他把这种设备叫作“回旋加速器”。在这种设备中，粒子可
以沿着螺旋线作长距离运转，而不需要很大的空间。事实上，他的第
一个回旋加速器的直径只有1英尺，花了很少的钱，然而它所加速的粒
子能量已达12.5万电子伏。

    人们立即开始致力于建造更大的回旋加速器，以便从中获得更高
的能量。1939年，加利福尼亚大学建成了一台直径5英尺的回旋加速器，
能把粒子加速到2000万电子伏的能量。

    科学家们对这类设备的设计仍在不断改进，到了第二次世界大战
末期，已经出现了能把粒子加速到2亿～4亿电子伏的加速器。到1949
年，具有高达24O亿电子伏能量的粒子已经可以产生。

    利用如此高能的设备，已经能够大量产生“反物质”粒于，比如
反质子。虽然科学家从理论上早已预言了反物质粒子的存在，但直到
有了足够高的能量去生成它们时，它们才能被观察到。

    但是，为了建造真正强有力的原子对撞机，这就使得如今的设备
直径也已达数英里，因为被加速的粒子必须沿着越来越长的曲线回旋。
这类回旋加速器需要巨大的强有力的电磁铁。为了使得电磁铁的磁场
足够强，就要使它们处于超导状态，这样就能使产生磁场的电流不受
损耗。要做到这一点，只有把导体浸在温度为4K的液态氦中。

    把这些因素全都考虑在内，粒子加速器如今已变得十分昂贵，除
政府以外．没有人能够筹足资金去建造，有时甚至是几个国家的政府
联合起来才能做到这一点。

    美国最大的加速器是在伊利诺伊州的巴达维亚，其周长达4英里。
但这决不是世界上最大的加速器。苏联与西欧各自拥有一个更大的加
速器，并且正在设计新的、更大的加速器。苏联计划建造一个周长13
英里的加速器，而西欧正计划建造一个周长16英里的加速器。

    在亚原子物理学方面的最新发现都是来自欧洲，因而美国十分担
心会在基础科学中丧失其锐气。目前，仍有一些重要粒子尚待产生。
科学家们已经预言存在有第六种夸克，但尚未找到。另有一种叫做希
格斯粒子的东西，它在理论上很重要，但仍使我们迷惑不解。还有其
他一些未发现的粒子，例如磁单极子，或许还有一些全然没有想到的
粒子。

    为此，美国正计划建造一个周长为52英里的粒子加速器，将耗资
60亿美元以上。它最终所能产生的粒子能量要比现有的任何其他加速
器所产生的能量高20倍以上。其中的粒子绕着两个相反方向旋转，最
后头对头碰撞在一起。

    能量越来越高，发现的粒子却越来越少，究竟是否存在一个极限
呢？是的。这是因为当宇宙在大爆炸中诞生时，蕴含着难以想象的巨
大能量，我们永远也达不到这种能量。不过，我们能够产生的能量越
大，就越容易去推导出宇宙肇始时所发生的情况，我们对宇宙的认识
也就越多。

    然而，我们似乎不可能走得太远。要想花费超过60亿美元去建造
更大的机器，这看来难以兑现。一些科学家担心，把这么多钱花费在
一个设备上，就会使得同样至关重要的其他科学领域忍饥挨饿。