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目前技术的发展是有局限性的。
可以达到的最大磁场定义了人们能想到的最小曲率半径,这就是我们得到现代巨型加速器的方式。
最后,加速器产生的粒子数也是该特定过程中每秒能够产生的碰撞数的函数。
用术语来说,就是所谓的加速器的亮度。
加速器的能量和亮度,这两个基本参数的选择是最重要的,它可以决定一项伟大的科学事业的成败。
如果人们在定义新加速器的特性时仍然过于谨慎,成本会降低,但冒险可能会导致彻底的失败。
冒低于正在寻找的新粒子的生产阈值的风险,或者能产生一些粒子,但不足以提取出清晰的信号。
与此同时,其他人可能建造出更强、亮度更大的加速器,率先发现这一粒子。
没有人会记得你节省的资源,而每个人都会永远记得你的投资是一个失败的选择。
反过来也一样。
当你做出了一个过于激进的选择,如果提议的技术太超前,你仍然有失败的风险,要么是由于无法让机器运转起来,要么是由于成本激增。
粒子物理学家就是在这条像刀刃一样锋利的薄脊上提出他们的建议,有时甚至拿自己的职业生涯做赌注。
高能物理学是一个竞争激烈的领域。
在这个领域中,科学家实现知识领先地位的目标,往往与希望在领先技术领域中保持或占据领导地位的国家野心交织在一起。
在这样一个滑溜溜的赛道上,伟大的科学成就和巨大的失败之间区别可能就是细节问题。
从沃克西哈奇到大型强子对撞机:一场激烈的竞争
在20世纪的大部分时间里,美国在高能物理学方面处于领先地位。
1930年,29岁的欧内斯特·劳伦斯刚被伯克利聘为年轻教授。
他找到了一种方法,通过发明回旋加速器,使粒子加速器更加紧凑和高效,回旋加速器是第一个环形加速器。
其余部分来自巨大的投资和曼哈顿计划的成功。
自那以后,美国历届新政府都保证大力支持越来越雄心勃勃的项目,并暗自希望,通过一系列揭秘或许有可能获得新的、非凡的能源。
几十年来,正是由于一系列不间断的成功,才巩固了美国在全球层面无可争议的领导地位。
任何想要参与高能物理学前沿研究的人,都必须获得一张进入美国实验室的门票。
在美国,没有人认为1954年欧洲核子研究组织的诞生是一个真正的挑战。
俄罗斯几年前也在莫斯科附近的杜布纳启动了其加速器项目,但没有任何相关的事情发生。
美国获得的领导地位过于稳固,以至于不认为新的欧洲实验室会在某种程度上削弱其主导地位。
事实上,欧洲核子研究组织,在其诞生的头几十年里就建造了出色的加速器,并产生了良好的测量结果,但没有历史性的重要意义。
鲁比亚发现的W和Z玻色子在美国引起了不小的轰动。
美国科学家们已经准备了详细的计划,以防错过这巨大的成功以及肯定能加冕的诺贝尔奖。
自1974年起,他们提议在纽约附近的布鲁克海文建造一个新的加速器,他们还选择了一个漂亮的缩写ISA,即伊莎贝尔(Isabelle),指交叉存储加速器(IeAccelerator)。
这台新机器是一台环形质子加速器,对撞质心的能量为400GeV,足以产生和识别人们苦苦寻找的弱相互作用的载流子。
它的建造始于1978年,但设计选择太过冒险,并带来了灾难性的后果,因此立即出现了问题。
在定义这台新机器的规格时,伊莎贝尔的物理学家提议使用超导磁体。
超导性是某些材料一种非常特殊的特性,它对电流通过不产生电阻。
通过这种方式,可以避免普通导体的缺点,并以最小的分散产生巨大的电流。
大电流是建立强磁场的主要组成,而强磁场是将高能质子保持在轨道上的必要条件;但是超导并不容易管理。
首先,因为这些材料中的电阻只有在接近绝对零度时才会被抵消,所以超导细丝必须浸没在我们已知的最冷的物质—液氦中,温度约为-269℃。
其次,这些材料在强磁场和强电流存在时往往会失去超导性,而强磁场和强电流正是对加速器很有用的条件。
这些缺点只能通过非常严格的生产和质量控制技术来克服。
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