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【公益大講堂】追逐宇宙之夢 探索星辰大海

發(fā)布時間:2023-11-20 14:35:00來源: 光明網(wǎng)

  粒子加速器稱得上是名副其實的“超級顯微鏡”。“超級”既是指它功能強大,又指它規(guī)模巨大。隨著加速器能量的提高,它的規(guī)模也越來越大。現(xiàn)在世界上能量最高的歐洲強子對撞機,周長達27千米,四分之三在法國、四分之一在瑞士;正在設計中的未來大型對撞機,周長達100千米。

  科學家為探索新的、更有效的加速器原理不懈努力,提出了許多方案,并開展實驗研究。其中最有希望達到高加速梯度、實現(xiàn)小型化的,是激光等離子體尾場加速器。激光具有很高的電磁場,在等離子體里產(chǎn)生的很強尾場(好比船在水里行駛后面產(chǎn)生的水波),可以達到每米1萬億伏的加速電場。這樣,就可能把27公里周長的歐洲強子對撞機做在一個幾十平方米的房間里。

  但要真正實現(xiàn),還有許多問題要解決,單從激光的功率、效率來說,就需要提高1000倍以上。盡管存在許多困難和挑戰(zhàn),科學家仍然相信,經(jīng)過不懈的努力,終能建成高加速梯度的新型加速器和新型對撞機,為人類探索物質(zhì)更深層次結(jié)構(gòu)的奧秘提供強大的武器。

  以上的粒子加速器都是用人工方法產(chǎn)生高能粒子的裝置。實際上,每時每刻都有大量宇宙線粒子造訪地球、悄悄穿過我們的身體。宇宙線粒子的能量遠遠高于人工建造加速器的能量。在四川稻城4410米的海子山,新建成的國家“十三五”重大科技基礎設施大型高海拔宇宙線觀測站,剛投入運行就探測到能量高達1千萬億電子伏的伽馬光子,發(fā)現(xiàn)在銀河系存在大量天然加速器。這些粒子究竟來自哪里?他們是怎么產(chǎn)生的?又是怎么傳播的?這些都是天體物理學家和加速器物理學家共同關注的問題。

  宇宙線既是宇宙的信使,又是上天的禮物。利用天然加速器提供的這種免費射線,可以開展科學研究、進行科學教育。在北京市教委的“翱翔計劃”支持下,北京市東直門中學在2016年,建成了國內(nèi)第一座中學宇宙線觀測站?,F(xiàn)在校園宇宙線觀測聯(lián)盟已經(jīng)成立,在更多學校開展了宇宙線觀測活動。宇宙線觀測涉及物理學和天文學的前沿,實驗的方法和儀器包括探測器、電子學、計算機、自動控制、無線電定位、數(shù)據(jù)傳輸與處理等等許多近代物理知識和技術(shù)。在中學開展宇宙線研究,學生在科學家和老師的直接指導下,參與探測器的制作,操作探測器的運行,進行數(shù)據(jù)采集、開展物理分析,在真實的科學研究中得到訓練,成為探索宇宙奧秘的小小科學家。(鐘蕾蕾 周雨涵

  

(責編:常邦麗)

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