大型强子对撞机为何发生故障?
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吸引了世人无数目光的世界上最大的粒子对撞机——大型强子对撞机(LHC),在2008年9月10日启动数小时后发生故障被迫暂停,但是欧洲核子研究中心(CERN)直到9月18日才发表声明予以披露,宣布负责大型强子对撞机制冷的变压器出现故障,继而迫使物理学家在启动后数小时停止使用这台对撞机。外界关于对撞机故障的传言四起,是否这台大型强子对撞机要就此夭折?

为大型强子对撞机安装磁心
Getty Images供图
为大型强子对撞机安装磁心
其实,物理学家们对LHC出现这样的故障并不感到意外。美国加州大学圣巴巴拉分校物理学教授斯蒂夫•基丁斯(Steve Giddings)说:“这无疑是人类建造的最大机器,它极其复杂,涉及各种年代和来源的零部件。听说它出现一些故障后,我丝毫不感到吃惊。这确实是一项挑战,要想保证它正常运行,需要超高的聪明才智、脑力和协调工作。”美国费米国家加速器实验室女发言人朱蒂丝•杰克逊(Judith Jackson)也认为启动这种机器异常复杂,在运行过程中,出现故障是不可避免的。杰克逊介绍,变压器故障较为普遍,并不危险。她说:“这个项目遭遇了一点点小挫折,听说他们一直在处理这个问题,目前正向好的方向发展。”

此次出现故障的是一台重达30吨的变压器,用来冷却对撞机的部分设施。对撞机的工作温度,是1.9开尔文(即绝对温度1.9度),比宇宙微波背景辐射的2.73开尔文还要低。为了把整个巨型装置维持在这么低的温度,供应数以千计的超导磁铁,并把粒子加速到接近光速,所需要的电能是巨大的,这样电力系统出现问题也就不足为奇了。在故障发生后,系统的操作温度从低于绝对2度升到了4.5度。

CERN的声明称,技术人员随后更换了故障变压器,位于瑞士和法国边境地下17英里长的环形隧道的温度也被降至接近零开尔文的绝对温标(即零下459.67华氏度)——效率最高的运行温度,为重新导入粒子束做好了准备。

尽管这台耗资50亿美元、隧道长达17英里的机器十分复杂,它的启动阶段还算顺利。9月10日正式启动后,科学家先以顺时针方向以光速导入质子束。随后,他们停止这一过程,接着以逆时针方向导入质子束。欧洲核子研究中心的声明称,实验已经产生了“数百条轨道”。在启动的第一天,就实现了两个方向的粒子束成功沿环形隧道运行,实际上已经超过预期,原定于2008年10月21日的首次碰撞也很可能在几周内提前实现。我们将拭目以待。


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