大型强子对撞机LHC教育课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,大型强子对撞机LHCPPT讲座,一、,LHC,简介,二、设备结构,三、工作原理,四、研究课题,五、,LHC,的科学实验,六、,LHC,的成果,一、,LHC,简介,欧洲大型强子对撞机是现在世界上最大、能量最高的粒子加速器，是一种将质子加速对撞的高能物理设备，英文名称为,LHC(Large Hadron Collider),。,一、,LHC,简介,地点：,大型强子对撞机坐落于日内瓦附近瑞士和法国的交界侏罗山地下,100,米深，总长,17,英里（含,17,英里）的环形隧道内。,一、,LHC,简介,LHC,于,1994,年正式立项开始修建，在北京时间,2008,年,9,月,10,日下午,15,：,30,正式开始运作。,一、,LHC,简介,大型强子对撞机,LHC,的精确周长是,2.6659,万米，内部总共有,9300,个磁体。不仅大型强子对撞机是世界上最大的粒子加速器。,二、设备结构,LHC,包含了一个圆周为,27,公里的圆形隧道，是先前的大型电子正子加速器（,LEP,）所使用隧道的再利用，隧道本身直径三米，位于同一平面上，并贯穿瑞士与法国边境，主要的部分大半位于法国。虽然隧道本身位于地底下，尚有许多地面设施如冷却压缩机，通风设备，控制电机设备，还有冷冻槽等等建构于其上。,二、设备结构,加速器通道中，主要是放置两个质子束管。加速管由超导磁铁所包覆，以液态氦来冷却。管中的质子是以相反的方向，环绕着整个环型加速器运行。除此之外，在四个实验碰撞点附近，另有安装其他的偏向磁铁及聚焦磁铁。,二、设备结构,LHC 共有4 个对撞点，各放置一个高分辨率的大型探测器来探测对撞后产生的粒子，这4 个探测器分别是:ALICE，LHCb，CMS以及ATLAS。,二、设备结构,CMS 和ATLAS 是两个最大的合作组，是LHC 物理研究的主体，主要目标是探索质量的起源以及新物理规律 ALICE和LHCb 是两个较小的合作组，LHCb 通过研究B 介子的衰变来探索新的CP 破坏机制，ALICE 则着眼于研究夸克胶子等离子体的新物质形态。,三、工作原理,LHC,的加速原理：,在粒子入射到主加速环之前，会先经过一系列加速设施，逐级提升能量。质子和重离子是在离子源中产生的。在质子源中，氢原子中的一个电子在电磁场的作用下被剥离而得到带一个正电荷的质子，质子束被送到一台直线加速器（,LINAC2,）中，加速到,50MeV,，这时质子束的运动速度约为光速的,30%,（,0.3c,），再通过束流传输线注入同步增强器,PSB,中，在其中能量和速度分别达到,1.4GeV,和,0.87c,。质子束从,PSB,中引出后，又注入到质子同步加速,PS,中，并加速到,26 GeV,的能量。这时，质子的速度已经接近光速,c,，在加速器里的加速主要是增加束流能量。,三、工作原理,最后，超级质子同步加速器,SPS,把来自,PS,的质子束流能量提升到,450 GeV,，并从两个位置引出，通过两条束流传输线送到,LHC,的两个环中，注入、加速和对撞。当 加 速到,7TeV,时，质子束的速度已经达到,0.99999999c,。,三、工作原理,重离子的情况与质子类似。所不同的是重离子来自另一台离子源，并在直线加速器,LINAC3,中加速，再送到一台低能量离子环,LEIR,中加速，以后的加速路径与质子相同，即,PSBPSSPSLHC,。,LHC,可以把来自,SPS,的两束铅离子从每核子,0.177TeV,加速到每个核子,2.76TeV,的高能量，并进行对撞。,2,四、研究课题,欧洲核子研究中心于,2008,年,9,月,10,日正式启动大型强子对撞机（,LHC,）。这个世界上最大的机器，有望揭开宇宙起源的奥秘在内五大谜团。,四、研究课题,1,、什么是质量？,2,、,96%,的宇宙由什么构成？,3,、为什么找不到反物质？,4,、物质在宇宙诞生后的第一秒呈什么状态？,5,、空间的额外维度真的存在吗？,五、,LHC,的科学实验,利用大型强子对撞机（LHC）进行的6项实验都在国际合作的模式下完成，这些实验将世界各地的研究机构的科学家聚集在一起。每一项实验都截然不同，这是由其使用的粒子探测器的独特性所决定的。,五、,LHC,的科学实验,1,、两项大规模实验,ATLAS（超环面仪器实验）和CMS（紧凑渺子线圈实验）均建立在多用途探测器基础之上，用于分析在加速器中撞击时产生的数量庞大的粒子。,五、,LHC,的科学实验,2,、两项中型实验,ALICE（大型离子对撞机实验，）和LHCb(LHC底夸克实验)利用特殊的探测器，分析与特殊现象有关的撞击。,五、,LHC,的科学实验,3,、另外两项实验,TOTEM（全截面弹性散射侦测器实验）和LHCf(LHC前行粒子实验)的焦点集中在“前行粒子”（质子或者重离子）身上。在粒子束发生碰撞时，这些粒子只是擦肩而过，而不是正面相撞。,五、,LHC,的科学实验,LHC 的设计目的之一是为了帮助科学家寻找Higgs 玻色子，Higgs 玻色子又被称为“上帝粒子”Higgs 玻色子是描述粒子和力相互作用的“标准模型”理论中最后一种被发现的粒子，,五、,LHC,的科学实验,2012 年7 月在LHC 上探测到了Higgs 粒子存在的证据，从而证实了粒子物理标准模型的正确性,。,LHC 除了用于探测Higgs 粒子之外，还将产生大量的顶夸克，它上面的顶夸克物理会非常丰富，被视作T 工厂，T 夸克的特性将有望在LHC,上得到更加充分的研究,。此外,，LHC还能够帮助我们研究反物质以及其他新物理模型。,六、,LHC,的成果,1、模拟宇宙大爆炸,2010 年11月,科学家借助欧洲大型强子对撞机L H C完成模拟宇宙大爆炸的实验,产生了一个温度为太阳核心温度10 万倍的火球“而宇宙正是诞生于大约14 0 亿年前的大爆炸”这个实验是有里程碑意义的实验,开启了粒子物理学研究的新纪元”,。,六、,LHC,的成果,2,、,Higgs 玻色子,2013,年,3,月,14,日，欧洲核子研究组织发布新闻稿表示，先前探测到的新粒子是,Higgs 玻色子,即上帝粒子。,2013,年,10,月,8,日，诺贝尔物理学奖在瑞典揭晓，比利时理论物理学家弗朗索瓦,恩格勒和英国理论物理学家彼得,希格斯因希格斯玻色子的理论预言获奖。,六、,LHC,的成果,3,、新的粒子,据英国,新科学家,周刊网站,10,月,8,日报道，瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心的大型强子对撞机,(lhc),在底夸克试验,(lhcb),中发现了两种新型粒子。其中一种粒子包含了此前从未被观测到的属性。名为,ds3*,和,ds1*,的粒子大约是质子的三倍大。,谢 谢 大 家,