離子對(duì)撞機(jī)大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)數(shù)據(jù)“之最”

自從1980年“大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)”的構(gòu)想首度出現(xiàn)以來(lái)，歷經(jīng)近30年，這一“世界上最大的機(jī)器”終于從夢(mèng)想成為現(xiàn)實(shí)，即將于9月開始投入運(yùn)行?，F(xiàn)擷取一些有關(guān)它的數(shù)據(jù)“之最”，記錄如下：

離子對(duì)撞機(jī)世界上最大的機(jī)器

“大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)”不僅是世界上最大的粒子加速器，而且也是世界上最大的機(jī)器。它位于瑞士、法國(guó)邊境地區(qū)的地下100米深的環(huán)形隧道中，隧道全長(zhǎng)26.659公里。

離子對(duì)撞機(jī)地球上最快的“軌道”

如果“開足馬力”，數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的粒子將在環(huán)形隧道內(nèi)以每秒11245圈的速度“狂飆”，約等于光速的99.99%。

離子對(duì)撞機(jī)太陽(yáng)系中最“空曠”的地方

為避免粒子流與氣體分子發(fā)生碰撞，粒子流都在超高真空的“通道”內(nèi)運(yùn)行，其間如同星際空間一樣“空曠”，氣壓僅為10的負(fù)13次方個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，比月球上的大氣壓還小10倍。

離子對(duì)撞機(jī)最熱與最冷的機(jī)器

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)是個(gè)既極端熱又極端冷的機(jī)器。當(dāng)兩束粒子流對(duì)撞的時(shí)候，碰撞點(diǎn)將產(chǎn)生極端高溫，可以達(dá)到太陽(yáng)中心溫度的10萬(wàn)倍。而與之形成鮮明對(duì)比的是，由于采用了超流體氦冷卻等手段，對(duì)撞機(jī)中粒子運(yùn)行的加速腔在工作時(shí)的溫度僅為零下271.3攝氏度（1.9開），比遙遠(yuǎn)的太空還要冷。

離子對(duì)撞機(jī)全球最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上進(jìn)行的每一個(gè)大型試驗(yàn)一年所獲得的數(shù)據(jù)，可以刻滿十萬(wàn)張雙層DVD。為了對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，世界各地成千上萬(wàn)名科學(xué)家都參與進(jìn)來(lái)，他們所使用的數(shù)萬(wàn)臺(tái)甚至數(shù)十萬(wàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)借助分布式計(jì)算網(wǎng)絡(luò)（網(wǎng)格計(jì)算）聯(lián)合在一起，這也構(gòu)成了全球最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

地球上最大的“粒子粉碎機(jī)”一路走來(lái)可謂多災(zāi)多難，又遇到了麻煩。兩位美國(guó)公民日前對(duì)歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）計(jì)劃提出了訴訟，要求推遲這一“粒子粉碎機(jī)”開動(dòng)的時(shí)間。他們聲稱，LHC可能產(chǎn)生危險(xiǎn)的粒子或者微型黑洞，從而毀滅整個(gè)地球。

建造在瑞士歐洲粒子物理中心（CERN）的LHC眼看就要完工了，科學(xué)家希望它能開始運(yùn)行。然而，3月21日，居住在夏威夷的Luis Sancho和Walter Wagner針對(duì)CERN和美國(guó)一些科研機(jī)構(gòu)，向美國(guó)聯(lián)邦地方法院提出了訴訟，要求在安全性得到證實(shí)之前，不啟動(dòng)LHC對(duì)撞計(jì)劃。他們點(diǎn)名的美國(guó)科研機(jī)構(gòu)包括能源部、國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)和芝加哥附近的費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室。

美國(guó)能源部和費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室不會(huì)對(duì)此發(fā)表評(píng)論，它們堅(jiān)持認(rèn)為這是一項(xiàng)應(yīng)由司法部處理的法律案件。而CERN的一位發(fā)言人James Gillies則表示，這項(xiàng)訴訟要求是“徹底的胡說(shuō)”。“LHC創(chuàng)造出各種關(guān)于宇宙的激動(dòng)人心的新物理學(xué)認(rèn)識(shí)。”他補(bǔ)充道，“從開始一年之后，世界還在那里?！?

LHC將把質(zhì)子加速到具有巨大的能量并進(jìn)行對(duì)撞“粉碎”，從而模擬大爆炸后不足十億分之一秒的情況。物理學(xué)家希望借此來(lái)解開長(zhǎng)期以來(lái)的重大和基本難題，比如粒子為何存在質(zhì)量（即驗(yàn)證希波斯粒子 即上帝粒子）、空間是否隱藏著額外的維度等等。

然而，Sancho和Wagner的訴訟提出了一些理論假想――LHC可能制造出吞沒(méi)地球粒子，比如“殺手奇異子”（一種包含非通?？淇说募傧肓Ｗ游镔|(zhì)）。如果一種奇異子十分穩(wěn)定并且?guī)в胸?fù)電，那它們就有可能“吃”普通物質(zhì)的核子，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)槠婀值奈镔|(zhì)。最終，一系列危險(xiǎn)的連鎖反應(yīng)會(huì)毀滅整個(gè)地球和每一個(gè)人。

實(shí)際上，2003年關(guān)于LHC安全性的評(píng)審報(bào)告就認(rèn)為，“它沒(méi)有導(dǎo)致任何可能的威脅出現(xiàn)的基礎(chǔ)”。盡管該報(bào)告承認(rèn)，該加速器有微小幾率能創(chuàng)造出短暫的迷你黑洞或者磁單極子，從而破壞普通原子的質(zhì)子，但它得出結(jié)論認(rèn)為，任何一種假想的情況都不會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難。而一個(gè)更新版本的安全評(píng)估報(bào)告很快也會(huì)發(fā)布，此外，物理學(xué)家還打算在4月6日CERN的一個(gè)招待會(huì)上討論安全性問(wèn)題。事實(shí)上，在美國(guó)Brookhaven國(guó)家實(shí)驗(yàn)室當(dāng)年興建“相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)”（RHIC）時(shí)，Wagner就提出過(guò)類似的利害關(guān)系。Gillies說(shuō)：“RHIC于2000年就開始運(yùn)行了，我們還不是好好的?！贝送?，他補(bǔ)充道，比LHC高得多的能量碰撞在自然界也頻繁發(fā)生，宇宙射線粒子能以接近光速穿過(guò)銀河系周圍。月球已經(jīng)經(jīng)歷了50億年的這種碰撞影響，也沒(méi)有被哪個(gè)貪婪的黑洞或者殺手奇異子毀滅。

然而，Sancho和Wagner認(rèn)為，CERN的安全性評(píng)審“馬馬虎虎”，低估了潛在風(fēng)險(xiǎn)，而且上述的宇宙射線辯解也是誤導(dǎo)性的。他們?cè)谠V訟文件中稱：“被告不經(jīng)意間將創(chuàng)造出一種危險(xiǎn)的物質(zhì)形式……或者不安全的物理學(xué)環(huán)境狀態(tài)，這種影響在范圍上可能同是局部和國(guó)家層面的，并且波及每一個(gè)人。這是毫無(wú)疑問(wèn)的。”

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)磁體高16米，長(zhǎng)、寬均有10多米，重達(dá)1920噸。工程技術(shù)人員專門建造了一個(gè)巨型吊架，用4根粗鋼纜吊住這個(gè)磁體，借助液壓頂泵將磁體緩慢放入隧道。它長(zhǎng)達(dá)27公里的環(huán)形隧道可被用來(lái)加速粒子，使其相撞，創(chuàng)造出與宇宙大爆炸萬(wàn)億分之一秒時(shí)類似的狀態(tài)。在高能物理實(shí)驗(yàn)中，粒子加速器和探測(cè)器是常用設(shè)備。探測(cè)器用來(lái)探測(cè)碰撞產(chǎn)生的微小粒子，記錄粒子能量、質(zhì)量等信息。強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上共有4個(gè)對(duì)撞點(diǎn)，各裝有一個(gè)探測(cè)器，其中一個(gè)為CMS(緊湊型μ介子螺線管)探測(cè)器。

人們?cè)缫寻l(fā)現(xiàn)，自然界中物體之間千差萬(wàn)別的相互作用，可以簡(jiǎn)單劃分為4種力：即引力、電磁力、維持原子核的強(qiáng)作用力和產(chǎn)生放射衰變的弱作用力。在愛(ài)因斯坦的相對(duì)論解決了重力問(wèn)題后，人們開始嘗試建立一個(gè)統(tǒng)一的模型，以期解釋通過(guò)后3種力相互作用的所有粒子。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究和探索，科學(xué)家們建立起被稱為“標(biāo)準(zhǔn)模型”的粒子物理學(xué)理論，它把基本粒子（構(gòu)成物質(zhì)的亞原子結(jié)構(gòu)）分成3大類：夸克、輕子與玻色子?！皹?biāo)準(zhǔn)模型”的出現(xiàn)，使得各種粒子如萬(wàn)鳥歸林般擁有了一個(gè)共同的“家園”。但是這一“家園”有個(gè)致命缺陷，那就是該模型無(wú)法解釋物質(zhì)質(zhì)量的來(lái)源。

為了修補(bǔ)上述理論大廈的缺陷，英國(guó)科學(xué)家彼得"_blank" href="/item/希格斯玻色子/2190719" data-lemmaid="2190719">希格斯玻色子的存在。假設(shè)出的希格斯玻色子是物質(zhì)的質(zhì)量之源，是電子和夸克等形成質(zhì)量的基礎(chǔ)。其他粒子在希格斯玻色子構(gòu)成的“海洋”中游弋，受其作用而產(chǎn)生慣性，最終才有了質(zhì)量。爾后所有的粒子在除引力外的另3種力的框架中相互作用，統(tǒng)一于“標(biāo)準(zhǔn)模型”之下，構(gòu)筑成大千世界。

“標(biāo)準(zhǔn)模型”預(yù)言了62種基本粒子的存在，這些粒子基本都已被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，而希格斯玻色子是最后一種未被發(fā)現(xiàn)的基本粒子。因此，尋找該粒子，被比喻為尋找粒子物理學(xué)領(lǐng)域的“圣杯”。

歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LargeHadronCollider，簡(jiǎn)稱LHC）被稱為世界規(guī)模最龐大的科學(xué)工程，它將利用高速粒子束相撞產(chǎn)生的巨大能量，重建“大爆炸”發(fā)生后的宇宙形態(tài)。然而這個(gè)“巨無(wú)霸”在距離啟動(dòng)只有幾天的時(shí)候依然官司纏身。歐洲和美國(guó)的反對(duì)人士分別向當(dāng)?shù)胤ㄔ禾岢銎鹪V，要求叫?；蛲七t這個(gè)項(xiàng)目，他們的理由是，LHC能產(chǎn)生危險(xiǎn)的粒子或者微型黑洞，從而毀滅整個(gè)地球。

19號(hào)中午，歐洲核子研究中心大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)發(fā)生隧道內(nèi)嚴(yán)重氦泄漏事故。泄漏原因不詳，歐洲核子研究中心計(jì)劃在周末對(duì)事故進(jìn)行調(diào)查。2100433B

1、電子－正電子對(duì)撞機(jī)又稱正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)，由于正負(fù)電子的電荷相反，所以這種對(duì)撞機(jī)只要建立一個(gè)環(huán)就可以了。相應(yīng)的造價(jià)就比較低，世界上已建成的對(duì)撞機(jī)大部分是屬于這一類的。

但是，由于電子回旋時(shí)引起的同步輻射損失，使這種對(duì)撞機(jī)能量的進(jìn)一步提高發(fā)生了困難，因?yàn)橥捷椛涔β逝c電子的能量二次方成正比，且與回旋半徑的平方成反比，為了減少輻射損失，一般高能量的電子對(duì)撞機(jī)均采用大半徑方案，即采用只有幾千高斯的低磁場(chǎng)來(lái)控制電子的運(yùn)動(dòng)，即使如此，電子對(duì)撞機(jī)的最高能量仍然受到很大的限制，例如,10GeV的電子在曲率半徑為100m的對(duì)撞機(jī)中運(yùn)動(dòng)時(shí),每圈的輻射損失約為10MeV，如果對(duì)撞機(jī)中的回旋電流為1A，要補(bǔ)償這束電子流的輻射損失，就需要平均功率為10MW的高頻功率。假如正電子流也為1A，則總的平均功率為20MW，由此可見，對(duì)撞機(jī)中高加速頻系統(tǒng)的功率絕大部分是用來(lái)補(bǔ)償這一同步輻射損失的。

輻射特性雖然給電子能量的進(jìn)一步提高帶來(lái)了困難，但也有一定的好處，這是因?yàn)殡娮踊蛘娮幼⑷雽?duì)撞機(jī)后，由于電子的輻射損失，使電子截面受到強(qiáng)烈的壓縮，電子很快集中到一個(gè)很小的區(qū)域中，其余的空間可以用來(lái)容納再一次注入的電子，這樣使積累過(guò)程簡(jiǎn)化，而且允許采用較低能量的注入器，通常采用直線加速器，也有采用電子同步加速器的。

這種對(duì)撞機(jī)中所需的正電子是由能量為幾十兆電子伏以上的電子打靶后產(chǎn)生的，為了得到盡可能強(qiáng)的正電子束，往往需要建造一臺(tái)低能量的強(qiáng)流電子直線加速器。另外產(chǎn)生出來(lái)的正電子束尚需再度注入到注入器中，與電子一起加速到必要的能量，再注入到對(duì)撞機(jī)中去。由于正電子束的強(qiáng)度只及電子束的千分之一到萬(wàn)分之一，所以需要幾分甚至幾十分鐘的積累，才能達(dá)到足夠的強(qiáng)度。

2、質(zhì)子－質(zhì)子對(duì)撞機(jī)這種對(duì)撞機(jī)需要建造兩個(gè)環(huán),分別儲(chǔ)存兩束相反方向回旋的質(zhì)子束，才能實(shí)行質(zhì)子與質(zhì)子的對(duì)撞。由于質(zhì)子作回旋運(yùn)動(dòng)時(shí)，其同步輻射要比電子小得多，在質(zhì)子達(dá)到的能量范圍內(nèi)，可以略去不計(jì)，因此為縮小這類對(duì)撞機(jī)的規(guī)模,盡量采用強(qiáng)磁場(chǎng),這就需要采用超導(dǎo)磁體。另外，質(zhì)子束的積累也不如電子對(duì)撞機(jī)那樣方便，它必須依靠動(dòng)量空間的積累來(lái)實(shí)現(xiàn)。為此，必須首先在高能同步加速器中，將質(zhì)子加速到高能（一般為幾十吉電子伏），依靠絕熱壓縮，將質(zhì)子束的動(dòng)量散度壓縮上百倍，再注入到對(duì)撞機(jī)中去進(jìn)行積累，質(zhì)子對(duì)撞機(jī)中的高頻加速系統(tǒng)主要是用來(lái)進(jìn)行動(dòng)量空間的積累及積累完畢后的進(jìn)一步加速，因此所需要的高頻功率也比電子對(duì)撞機(jī)小得多。由于上述原因，質(zhì)子－質(zhì)子對(duì)撞機(jī)的規(guī)模要比電子－正電子對(duì)撞機(jī)大，投資也較高。

3、質(zhì)子－反質(zhì)子對(duì)撞機(jī)質(zhì)子與反質(zhì)子的質(zhì)量相同，電荷相反，也只需要造一個(gè)環(huán)就能進(jìn)行對(duì)撞。這種對(duì)撞機(jī)發(fā)展得較晚，主要原因在于由高能質(zhì)子束打靶產(chǎn)生的反質(zhì)子束強(qiáng)度既弱，性能又差，無(wú)法積累到足夠的強(qiáng)度與質(zhì)子對(duì)撞。70年代后期，“冷卻”技術(shù)的成功，給予這種對(duì)撞機(jī)巨大的生命力(見加速器技術(shù)和原理的發(fā)展)。

粒子對(duì)撞機(jī)是在高能同步加速器基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種裝置，其主要作用是積累并加速相繼由前級(jí)加速器注入的兩束粒子流，到一定束流強(qiáng)度及一定能量時(shí)使其在相向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行對(duì)撞，以產(chǎn)生足夠高的相互作用反應(yīng)率，便于測(cè)量。

測(cè)量粒子對(duì)撞的譜儀儀器，是對(duì)撞機(jī)的傳感感應(yīng)器，是量子粒子物理的最前沿科學(xué)。因?yàn)?，粒子?duì)撞也是一種‘機(jī)制’，也是存在著的‘天然自然粒子對(duì)撞機(jī)制’，量子粒子高能物理-凝聚態(tài)物理-天體粒子物理探索其中 。

歐洲核子中心

建成的質(zhì)子對(duì)撞機(jī)如歐洲核子中心代號(hào)ISR的交叉儲(chǔ)存環(huán)，其能量為2×31GeV，它于1971年已投入運(yùn)行。由于電子冷卻及隨機(jī)冷卻技術(shù)（見加速器技術(shù)和原理的發(fā)展）的成功,使反質(zhì)子束的性能大大得到改善,而且束流可以積累到足夠的強(qiáng)度，從而有可能在同一環(huán)中進(jìn)行質(zhì)子－反質(zhì)子對(duì)撞。

為了增加對(duì)撞的幾率（即提高對(duì)撞機(jī)的亮度），歐洲核子中心于1981年將一臺(tái)能量為400GeV的質(zhì)子同步加速器（即SPS）改建成質(zhì)子－反質(zhì)子對(duì)撞機(jī)，并于1983年取得了極其重要的實(shí)驗(yàn)成果，發(fā)現(xiàn)了W±、Z0粒子 。

70年代初期

70年代初期,出現(xiàn)了在對(duì)撞區(qū)中插入一種特殊的稱為低包絡(luò)插入節(jié)的聚焦結(jié)構(gòu)，使束流在對(duì)撞點(diǎn)的橫截面受到強(qiáng)烈的壓縮，從而使對(duì)撞點(diǎn)的束流密度大大增加。

由于采用了這種結(jié)構(gòu)，使70年代建造的對(duì)撞機(jī)的亮度比以前提高了一兩個(gè)數(shù)量級(jí)。另外，為了盡可能的延長(zhǎng)束流的壽命，對(duì)撞機(jī)環(huán)內(nèi)的真空度平均不得低于10-8～10-9Torr,尤其是在對(duì)撞區(qū)附近。為了減少物理實(shí)驗(yàn)的本底，即為了保證使束流與束流發(fā)生對(duì)撞的幾率大大超過(guò)束流與殘余氣體相撞的幾率，真空度應(yīng)維持在10-10～10-11Torr左右。所以大體積高真空這一技術(shù)也隨著對(duì)撞機(jī)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)了。對(duì)撞機(jī)的類型電子－正電子對(duì)撞機(jī)又稱正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)，由于正負(fù)電子的電荷相反，所以這種對(duì)撞機(jī)只要建立一個(gè)環(huán)就可以了。相應(yīng)的造價(jià)就比較低，世界上已建成的對(duì)撞機(jī)大部分是屬于這一類的 。

同步輻射損失

但是，由于電子回旋時(shí)引起的同步輻射損失，使這種對(duì)撞機(jī)能量的進(jìn)一步提高發(fā)生了困難，因?yàn)橥捷椛涔β逝c電子的能量二次方成正比，且與回旋半徑的平方成反比，為了減少輻射損失，一般高能量的電子對(duì)撞機(jī)均采用大半徑方案，即采用只有幾千高斯的低磁場(chǎng)來(lái)控制電子的運(yùn)動(dòng)，即使如此，電子對(duì)撞機(jī)的最高能量仍然受到很大的限制，例如,10GeV的電子在曲率半徑為100m的對(duì)撞機(jī)中運(yùn)動(dòng)時(shí),每圈的輻射損失約為10MeV，如果對(duì)撞機(jī)中的回旋電流為1A，要補(bǔ)償這束電子流的輻射損失，就需要平均功率為10MW的高頻功率。

假如正電子流也為1A，則總的平均功率為20MW，由此可見，對(duì)撞機(jī)中高加速頻系統(tǒng)的功率絕大部分是用來(lái)補(bǔ)償這一同步輻射損失的。輻射特性雖然給電子能量的進(jìn)一步提高帶來(lái)了困難，但也有一定的好處，這是因?yàn)殡娮踊蛘娮幼⑷雽?duì)撞機(jī)后，由于電子的輻射損失，使電子截面受到強(qiáng)烈的壓縮，電子很快集中到一個(gè)很小的區(qū)域中，其余的空間可以用來(lái)容納再一次注入的電子，這樣使積累過(guò)程簡(jiǎn)化，而且允許采用較低能量的注入器，通常采用直線加速器，也有采用電子同步加速器的。這種對(duì)撞機(jī)中所需的正電子是由能量為幾十兆電子伏以上的電子打靶后產(chǎn)生的，為了得到盡可能強(qiáng)的正電子束，往往需要建造一臺(tái)低能量的強(qiáng)流電子直線加速器。另外產(chǎn)生出來(lái)的正電子束尚需再度注入到注入器中，與電子一起加速到必要的能量，再注入到對(duì)撞機(jī)中去。由于正電子束的強(qiáng)度只及電子束的千分之一到萬(wàn)分之一，所以需要幾分甚至幾十分鐘的積累，才能達(dá)到足夠的強(qiáng)度。

質(zhì)子-質(zhì)子對(duì)撞機(jī)這種對(duì)撞機(jī)需要建造兩個(gè)環(huán),分別儲(chǔ)存兩束相反方向回旋的質(zhì)子束，才能實(shí)行質(zhì)子與質(zhì)子的對(duì)撞。由于質(zhì)子作回旋運(yùn)動(dòng)時(shí)，其同步輻射要比電子小得多，在質(zhì)子達(dá)到的能量范圍內(nèi)，可以略去不計(jì)，因此為縮小這類對(duì)撞機(jī)的規(guī)模,盡量采用強(qiáng)磁場(chǎng),這就需要采用超導(dǎo)磁體。另外，質(zhì)子束的積累也不如電子對(duì)撞機(jī)那樣方便，它必須依靠動(dòng)量空間的積累來(lái)實(shí)現(xiàn)。為此，必須首先在高能同步加速器中，將質(zhì)子加速到高能（一般為幾十吉電子伏），依靠絕熱壓縮，將質(zhì)子束的動(dòng)量散度壓縮上百倍，再注入到對(duì)撞機(jī)中去進(jìn)行積累，質(zhì)子對(duì)撞機(jī)中的高頻加速系統(tǒng)主要是用來(lái)進(jìn)行動(dòng)量空間的積累及積累完畢后的進(jìn)一步加速，因此所需要的高頻功率也比電子對(duì)撞機(jī)小得多。

由于上述原因，質(zhì)子－質(zhì)子對(duì)撞機(jī)的規(guī)模要比電子－正電子對(duì)撞機(jī)大，投資也較高。質(zhì)子－反質(zhì)子對(duì)撞機(jī)質(zhì)子與反質(zhì)子的質(zhì)量相同，電荷相反，也只需要造一個(gè)環(huán)就能進(jìn)行對(duì)撞。這種對(duì)撞機(jī)發(fā)展得較晚，主要原因在于由高能質(zhì)子束打靶產(chǎn)生的反質(zhì)子束強(qiáng)度既弱，性能又差，無(wú)法積累到足夠的強(qiáng)度與質(zhì)子對(duì)撞 。

“冷卻”技術(shù)的成功

70年代后期，“冷卻”技術(shù)的成功，給予這種對(duì)撞機(jī)巨大的生命力(見加速器技術(shù)和原理的發(fā)展)。由于冷卻技術(shù)的成功，使得現(xiàn)有的高能質(zhì)子同步加速器，只要它的磁鐵性能及真空度夠好的話，均有可能可以改成質(zhì)子－反質(zhì)子對(duì)撞機(jī)。

今后再建的超高能質(zhì)子同步加速器，均考慮了同時(shí)進(jìn)行質(zhì)子－反質(zhì)子對(duì)撞的可能，由此可見，這一技術(shù)成功的意義是何等重要。實(shí)現(xiàn)質(zhì)子－反質(zhì)子對(duì)撞雖然比質(zhì)子－質(zhì)子對(duì)撞能節(jié)省一個(gè)大環(huán)，但也有一定的弱點(diǎn)，主要是由于盡管經(jīng)過(guò)冷卻及積累,反質(zhì)子的強(qiáng)度仍然比質(zhì)子的低得多,這樣使得質(zhì)子－反質(zhì)子對(duì)撞機(jī)的亮度比質(zhì)子－質(zhì)子對(duì)撞機(jī)低得多，前者最大為1029～1030cm-2·s-1,后者則為1032cm-2·s-1。電子－質(zhì)子對(duì)撞機(jī)這種對(duì)撞機(jī)的主要困難在于電子束的橫截面很小，線度約為幾分之一毫米，而質(zhì)子的橫截面較大,線度約為一厘米左右。前者束流較密集,后者較疏松，兩者相撞時(shí)作用幾率很小 。

現(xiàn)階段的研究

正在研究中，實(shí)現(xiàn)這種對(duì)撞需建立兩個(gè)環(huán)，一個(gè)是低磁場(chǎng)的常規(guī)磁鐵環(huán),以儲(chǔ)存及加速電子；另一個(gè)是高場(chǎng)的超導(dǎo)磁體環(huán),以儲(chǔ)存并加速質(zhì)子，兩個(gè)環(huán)的半徑相同并放在同一隧道中，所以電子的能量通常是幾十吉電子伏，質(zhì)子的能量為幾百吉電子伏。

隨著加速器技術(shù)的提高,為了節(jié)約投資,新建的巨型加速器，往往在一個(gè)隧道中建造三個(gè)環(huán)，以便可能進(jìn)行多種粒子對(duì)撞，例如質(zhì)子-質(zhì)子、質(zhì)子－反質(zhì)子，電子－正電子、質(zhì)子－電子對(duì)撞。電子直線對(duì)撞機(jī)為避免電子作回旋運(yùn)動(dòng)時(shí)同步輻射損失引起的困難。

早在1965年已有人指出，在電子能量高于上百吉電子伏時(shí)，應(yīng)采用直線型來(lái)進(jìn)行對(duì)撞，就是說(shuō)，應(yīng)采用兩臺(tái)電子直線加速器加速兩股運(yùn)動(dòng)方向相反的電子束（或正負(fù)電子束）待達(dá)到預(yù)定能量后，兩股電子束被引出并在某點(diǎn)相碰。碰撞一次后的電子束即被遺棄，不再重復(fù)利用。當(dāng)然，只有當(dāng)這些被遺棄的電子束單位時(shí)間所帶走的能量小于環(huán)形對(duì)撞機(jī)中同步輻射的損失功率，這種方案才會(huì)被考慮。另外，由于電子直線加速功率的限制，每秒能提供的電子束脈沖數(shù)是有限的，所以單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生的碰撞次數(shù)也比環(huán)形對(duì)撞機(jī)少得多，為了保證直線對(duì)撞機(jī)與環(huán)形對(duì)撞機(jī)有相同的亮度，要求在碰撞點(diǎn)的橫截面進(jìn)一步壓縮，約比環(huán)形對(duì)撞機(jī)中的碰撞截面小幾十到幾百倍，十多年來(lái)技術(shù)上的進(jìn)展，使這種對(duì)撞機(jī)受到重視，有關(guān)的各種問(wèn)題正在解決中。