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癮科學:9 個關於大型強子碰撞器的八卦

Andy Yang
2008 年 9 月 17 日, 中午 12:00
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繼續 LHC 的話題,是來自 Netorama 的一篇有趣文章,因為大部份都是小薑之前沒有寫過的東西,所以小薑就小小的來翻譯一下 :p。

為什麼稱它叫 Large Hadron Collider(大型強子碰撞器)?

將這名字分成三部份來看:
  • Large(大型)- 很明顯,圓周長 27km 的東西怎樣都算得上大吧?
  • Hadron(強子)- 強子指的是一系列由夸克所組成,並且靠著強核力*凝聚在一起的次原子粒子,包括質子、中子等。中子不帶電荷,靠電磁場推不動的,因此 LHC 的主要實驗品是帶正電的質子。未來也有使用離子做實驗的可能。
  • Collider(撞擊器)- 這部份是源自於 LHC 的主要功用是將兩束質子加速到近光速,再撞在一塊,看「殘骸」有沒有之前沒發現過的粒子。
* 粒子間的交互作用主要來自四種主要的「力」,分別稱為強核力、弱核力、電磁力和引力。雖然喬治.盧卡斯聲稱有第五種力「原力」的存在,一般科學家對此仍抱持著懷疑的態度。

[圖片:Maximilien Brice, CERN]

為什麼蓋在地下?

因為瑞士地價高昂。才怪,事實上是因為 LHC 運作時會有一小部份自然逸出的幅射,為了安全起見,將隧道挖在 100m 深(30 層樓 @@)的地底。

LHC 和狼人有什麼共通點?

兩者皆會受到月亮的影響。地球不止海洋有潮汐,事實上陸地也有,高潮和低潮間可以相差達 25cm 之多。LHC 因為過度龐大,環狀加速器的兩端在初一十五的時候可能有高達 1mm 的高度差 -- 聽起來實在是小得可以,但對以近光速運轉的質子束來說,這就成了必須要特地校正的影響。

LHC 和冰庫有什麼共通點?

沒有共通點,冰庫裡的溫度和 LHC 的攝氏零下 273.1 度根本沒得比。這個溫度比絕對零度只高了 1.9 度,甚至比外太空(-270.5 度)還要冷。為了降到這樣的溫度,要先用掉 10,000 噸的液態氮,將溫度降到 -193.2 度。再用 90 噸的液態氦,將溫度降到 -273.1 度,整個過程費時數周。降到這麼低的溫度,是為了讓磁鐵進入超導狀態,以增加磁場的強度。

CERN 是什麼鬼?

CERN 是「歐洲核子研究理事會(Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire)」的縮寫,是該組織早期成立時的名字。後來在 1954 年改名為「歐洲核子研究組織(Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire)」後,理論上簡寫也應該改為 OERN,但 OERN 這個名字怎麼唸怎麼怪,因此聽起來更有水準的「CERN」就留了下來。

花了多少錢?

LHC 的各個元件、硬體是花了三十年的時間建造出來的(像 LHC 的隧道就是用之前 LEP 留下來的),所以總造價並不是那麼好估算。目前大致的估計是 64 億美元蓋 LHC 本身,四個感應器、電腦分析系統等附屬硬體再加個 20 億美元。這還只是固定費用,啟用後的行政、維護、電費等另計。

要用多少電?

LHC 大約要 120MW 的電力來運轉,開著一個小時,就會用掉 121000 度的電。以小薑查到台灣平均家庭用電量每月 318 度來計算,LHC 用去的電,約等於 274000 個台灣家庭!據估計,LHC 每年的電費帳號單,應該有個 1900 萬歐元(8.8 億台幣)左右...

LHC 一共會收集多少資料?

LHC 的實驗器材一共有 1.5 億個感測器,每秒傳輸資料四千萬次,算起來,平均每秒產生資料 700MB,一年有 15PB 之多。要應付這麼大量的資料,CERN 也建立了自已的 LHC@home 系統,邀請大家貢獻出電腦的 idle 時間,來幫助計算...

LHC 會撞出黑洞,把地球吃掉?

想必這是大家最好奇,也最擔心的一項了。事實上,除了傳得沸沸揚揚的「微黑洞」之外,還有「奇異物質」、「磁單極」、「真空泡」等多種死法,詳述如下:

  • 微黑洞(Micro black hole):這是最熱門的「實驗失敗理論」。事實上,產生黑洞需要非常高的密度,以 LHC 所以提供的那一點東西,頂多只能撞出一顆直徑 10-35 m (質子直徑的一億兆分之一)的黑洞,連旁邊的質子都吸不動了,更何況摧毀地球。再者,依目前的理論,這些黑洞會在 10-42 秒被蒸發成「霍金幅射」,因此不會造成威脅的啦!
  • 奇異物質(Strangelets):奇異物質,就是一種很奇異的物質,可以把所有奇異物質碰到的物質,變成和自已一樣的奇異物質。如果撞出這種東西來,它就會一點一點地,將整個地球轉變成奇異物質。這種奇異物質理論的問題(除了說太多次奇異之外),是如果它真的存在,早就該被撞出來了。到目前為止我們還沒有被變成奇異物質,本身就是它不存在的證據。
  • 磁單極(Magnetic monoples):顧名思議,磁單極就是只有正極或只有負極的粒子。磁單極會「吃」質子。事實上,科學家很想找到磁單極,只是照計算 LHC 還太弱了,撞不出磁單極來。
  • 直空泡(Vacuum bubble):這是來自一個很有趣的理論,說之所以宇宙「存在」,是因為宇宙現在的狀態並不完美,就像空氣中飄著的氣泡一樣。LHC 可能會成為戳破泡泡的那根針,將整個宇宙回歸到「虛無」的狀態。問題呢?太難相信了...
總之,就像很多科學家說過的,地球早就被同等強度或更強的宇宙射擊砸過無數次了。既然我們還在,那 LHC 這種小咖應該是沒什麼危險啦(的吧)!

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