資料來源:2008-9-9 自由時報電子版

 模擬宇宙誕生 帶來世界末日? 大型強子對撞機要解開宇宙形成謎團 

 

位於歐洲核子研究組織(CERN)的大型強子對撞機(LHC)粒子加速器其中一具實驗設備:全球最大超導電磁線圈,緊湊渺子線圈(CMS)的磁核心。(歐新社)






大型強子對撞器明啟動 〔編譯管淑平/綜合報導〕

有人說這將改寫物理學理論,有人說這會帶來世界末日,不論是哪一種情況,歐洲核子研究組織(CERN)的全球最大粒子加速器「大型強子對撞機」(LHC)10日將正式啟動,未來將讓次原子粒子以接近光速的速度碰撞,模擬宇宙誕生之初的面貌。

 科學家等這一刻等了20年,10日上午9點30分(台灣時間下午3點30分),這座位於瑞士、法國邊境日內瓦湖與朱哈山之間歐洲核子研究組織總部地底下100公尺的大型強子對撞機啟動,展開實驗的第一步:將第一束質子從子加速器超質子同步器(SPS)注入對撞器的環型隧道中的一條質子束管加速。

下月才對撞 說末日太早 等到約一個月之後,科學家會注入第二束質子,在長27公里的隧道以相對方向加速,然後讓兩束質子以接近光速相撞,撞擊時瞬間溫度比太陽高10萬倍,能量達14兆電子伏特(TeV)。超導磁鐵包覆的環型隧道已事先冷卻到只比絕對零度(攝氏零下271度)高1.9度的超低溫,隧道設有4處撞擊區,以偵測器捕捉撞擊後迸裂的質子殘骸。 反對者憂心撞擊造成黑洞 這項計畫由全球將近36國共5千名科學家、工程師和技師參與,斥資37億6千萬歐元(約台幣1700億),歷時將近20年籌備興建。

這項實驗將填補對宇宙起源認知的空窗,甚至改寫理論。但是也有人擔心將製造出微型黑洞吞噬一切,或者產生讓地球塌陷的「奇子」,這項研究將造成世界末日,已有反對者分別在美國夏威夷地方法院和歐洲人權法庭提出告訴,要求法院阻止這項計畫,甚至有參與研究的科學家收到死亡威脅。

部份科學家受到死亡威脅 歐洲核子研究組織為了撫平質疑者不安,派專家評估後認為這些風險以合理的思考都不可能發生,法國也進行自己的安全評估。 然而,可以肯定的是世界末日不會在10日來臨,因為10日只是實驗的第一步測試設備並評估程序,真正以十足強度進行碰撞還要等大約一個月。歐洲核子研究組織秘書長艾瑪爾有信心的說,這場實驗將能為這些懸而未決的理論帶來重大突破。

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數據分析 網格擔重任 〔編譯管淑平/綜合報導〕

探索宇宙起源的大型強子對撞機(LHC)粒子加速實驗,將產生龐大數據,分析這些數據將由革命性的「網格」(Grid)電腦網路,讓全球各地參與研究的科學家能在自己電腦貢獻一己之力。

 大型強子對撞器10日啟動後,實驗產生龐大數據經過篩選一年仍需要分析15千兆位元組(PB)的資料,等於200萬片DVD容量,絕非單一電腦能應付。 因此,這批資料將傳送給全球50個國家300座電腦中心約8萬台電腦組成的「網格」系統分析。這將是有史以來最大規模的電腦運算活動,也是對這種下一個世代的電腦運算技術,或稱「雲端」運算的測試。

參與計畫的英國帝國學院科學家科林說:「這是繼網際網路之後的下一步」,「除了分享的是電腦運算能力,而非檔案,這一點不像網際網路之外。」

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 國際研究 台灣不缺席 〔記者羅正明/中壢報導〕

科學家將在瑞士進行強子撞擊實驗,參與實驗的中央大學教授林宗泰正在瑞士準備中,另一位教授張元翰則在台灣忙著八日上午的親友喪禮,但根據日前的訪談,強子撞擊實驗規模雖大,但都在控制中,不可能造成地球毀滅。 強子對撞實驗是超大型的國際合作實驗,台灣方面有中央研究院、中央大學、台灣大學的二十多位教授參與,其中林宗泰、張元翰都是主要的參與人之一。

林宗泰、張元翰在實驗前夕曾表示,強子撞擊實驗規模之大,遠超過歷年來的物理實驗。但實驗能否有新發現,現在仍不得而知,撞擊後得到的龐大數據,可能也需要幾年的分析,才可能得到新的結論。

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 大型強子對撞器介紹 歐洲核子研究組織(CERN)的「大型強子對撞機」(LHC)10日啟動運作,以下為這個全球最大粒子加速器的介紹:

●「強子」是一種次原子粒子,在粒子物理標準模型中,所有具有強相互作用力的粒子都叫做強子,科學界認為,宇宙的基本粒子就是夸克,而3個夸克所組成的粒子就稱為「強子」。

●大型強子對撞器實驗在最深達地底下175公尺的長27公里環型隧道進行,將把氫質子或鉛離子加速到光速的99.9999%相撞。這處隧道位於涵蓋瑞士和法國的兩國邊境。

●兩束質子以相對方向同時環繞隧道加速,然後由超強力超導磁鐵讓質子束「偏向」,讓它們在四處大型對撞區對撞,對撞瞬間溫度將比太陽熱10萬倍,重現137億年前促使宇宙誕生的大爆炸後最初情況。

 ●環型隧道是全球最大的冰箱。超導磁鐵溫度只比絕對零度(攝氏零下271度)高1.9度,比深外太空還冷。

 ●撞擊區本身規模也很龐大,最大型的超環面儀(ATLAS)長46公尺、高25公尺,相當於半個巴黎聖母院,重7000公噸與艾菲爾鐵塔相當,鋪設電線總長3000公里。超環面儀啟動後一年內將產生3200兆位元組(TB)原始資料,相當於美國國會圖書館30億本藏書的160倍。

●一次歷時10小時的實驗中,一束質子行進里程可能逾100億公里,足以來回海王星一趟。

 ●大型強子對撞器造價近台幣1700億,運作需要120百萬瓦特電力,等於日內瓦地區總用電量;質子對撞時將產生14兆電子伏特(TeV)能量,1兆電子伏特相當於一隻蚊子飛行時產生的動能。

任務介紹:
 ●尋找「希格斯粒子」: 1964年,英國理論物理學家希格斯,主張物質的質量來自於一種尚未發現的粒子,這種理論中存在的粒子,之後就被稱為「希格斯粒子」(Higgs Boson),由於希格斯相信這種粒子是物質質量的來源,因此它也被稱為「上帝粒子」。若能證實希格斯粒子存在,將大大填補現今「標準模型」理論(描述基本粒子的理論,能精確預測基本粒子之間的交互作用,因此成為目前的主流理論)在總結粒子知識方面的重大缺口。

 ●探索「超對稱」: 粒子物理學家認為,自然界中有一種基本的對稱性,這就是所謂的「超對稱」,組成世界的每個基本粒子應該都有電荷等相同的「超夥伴」,但科學家至今尚未觀察到粒子有這種超夥伴存在,大型強子對撞器此次的任務中,或許能觀察到超對稱存在的證據,解釋近年來最不可思議的發現之一:宇宙中可見物質只佔4%,其他則是暗物質(23%)與暗能源(73%)。

 ●調查物質與反物質的奧秘: 能源轉為物質後,製造出粒子與帶有相反電荷的反粒子,粒子與反粒子相撞時,會消滅彼此,根據傳統的宇宙理論,物質與反物質數量應該相同,但讓人困惑的是,目前觀察到的物質數量,遠遠超過反物質的數量,大型強子對撞器此次也將試著解開這個謎團。

●複製宇宙大爆炸後、宇宙誕生之初的面貌: 137億年前宇宙誕生之初,物質就像一團極熱、濃稠的湯汁,構成湯汁的是所謂的「夸克膠子電漿」,這團湯汁冷卻後,次原子粒子「夸克」凝結在一塊,形成質子與中子等複合粒子,隨之形成我們現在看到的一切。科學家盼藉大型強子對撞器計畫,觀察宇宙大爆炸沒多久存在、但現在已看不見的東西。

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