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ALICE设备成功实现铅原子核对撞

  在欧洲粒子物理研究所(CERN)大型强子对撞机(LHC)上进行的铅原子核对撞实验中,大型离子对撞机实验(ALICE)探测组的物理学家们发现极早期宇宙不但具有超高温度和密度,还表现出高温流体的性质。

  通过实现在技术允许范围内最高能的核子对撞,ALICE实验成功产生了具有难以置信的超高温和密度的亚原子火球,从而重现宇宙大爆炸之后数微秒(1微秒=100万分之一秒)内的情景。科学家们称此次微型“大爆炸”产生的温度超过10万亿度。

  在这样的高温下,常规物质预计会熔化,产生一种奇异的“原始汤”,称为“夸克-胶子等离子体”。这项对撞实验产生的首批结果已经否定了一些现存物理模型,如其中有一种物理理论预言“夸克-胶子等离子体”将表现出气体的性质。

  尽管之前美国研究机构在较低能级上进行过相关实验,结果显示核子对撞中产生的火球具有流体的性质,但是很多科学家认为在更高的能级下,“夸克-胶子等离子体”应当表现出气体的性质。

  在这项成功实现高能质子对撞实验7个月之后产生的研究成果中,英国伯明翰大学物理和天文学院的科学家们发挥了关键性的作用。该学院的大卫·埃文 斯(David Evans)博士是ALICE实验项目的英方首席科学家。他说:“尽管工作才开始不久,我们已经了解了许多有关早期宇宙的信息。 这些第一批的实验分析结果显示宇宙在大爆炸后的一瞬间表现出超热流体的性质。”

  这个小组还同时发现试验中进行的正面高能撞击产生了相比一些理论预言更多的亚原子粒子。尽管撞击产生的火球转瞬即逝,但是当它产生的“原始汤” 逐渐冷却,研究人员可以观察到从火球向四周辐射开去的数千颗粒子。正是通过对这些粒子表现的观察,科学家们作出了对其流体性质的结论。

  ALICE 实验设备

  ALICE项目组的科研人员将对夸克-胶子等离子体中的粒子进行深入研究,因为我们对这些微观粒子大部分都知之甚少。这中分析将使科学家们更好 地理解强作用力:为何它能主宰物质?夸克为什么会被束缚于物质,如质子之中?为何强作用力可以构成质子和中子质量的98%?ALICE实验设备安装于大型 强子对撞机(LHC)上,位于地下100米处,高16米,长26米,重约10000吨。

  而ALICE设备工作组则包括来自全世界30个不同国家100个科研机构的1000名物理学家和工程师。其中英国小组中包括了来自伯明翰大学的 8名物理学家以及7名博士生。他们在中央点火装置(ALICE的心脏设备)以及相关配套软件的设计和实施过程中发挥了关键性的作用。除此之外,英国科研人 员在实验数据的分析方面也作出了重要贡献。

  在核子对撞实验期间,ALICE科学组每秒钟需要录入约1.2GB的数据,整个实验过程将产生约2PB(约合200万GB)的数据量,这相当于 300万张CD盘,堆砌起来将有数英里高。为了处理这些海量的数据,ALICE项目组需要调动全世界各地50000台最先进的计算机,24小时不间断地进 行运算。

  ALICE设备的设计和建造采用了目前全球最尖端的技术和工艺,如对亚原子粒子的高精确探测和追踪,用于电子信号处理的超精细系统,以及遍布全 球,使用网络互联的超强网格式分布计算能力,用于数据处理。所有这些先进技术都可以转化,从而改善人们的日常生活,如医学成像,微型电路以及信息技术 等。

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