粒子加速器用于粉碎粒子。(图片：Reidar Hahn/公共领域)

粒子加速器在物理学中的工作原理

粒子加速器使用电磁场来加速粒子。(图片：BearFotos/Shutterstock)

粒子加速器不那么抽象。事实上，这个概念很简单。这些机器使用强大的电磁场来加速粒子，它们基本上像子弹一样，就像卢瑟福最初发现原子核的实验一样。

研究人员有大量的探测器来记录这些碰撞事件。最早的高能物理实验使用了不断流向地球表面的不规则和不可预测的宇宙射线流。要进行这样的实验，只需等待宇宙射线击中实验设备，并希望会发生一些有趣的事情。

回旋加速器和同步加速器：伟大的粒子加速器

Ernest O. Lawrence 发明了第一个粒子加速器，称为回旋加速器。

20世纪30年代，第一台粒子加速器，即控制所有这些高能粒子的机器，诞生了。Ernest O. Lawrence 发明了第一台粒子加速器，它被称为回旋加速器。

它实际上是你可以握在手中的东西，它在以后的版本中将电子加速到非常高的速度，接近光速。一旦电子达到速度，它们就可以与其他粒子碰撞。

随后又出现了巨大的机器，称为同步加速器和直线加速器;其中一些长达数公里。事实上，所有同步加速器中最大的将是超导超级对撞机。这是一个正在计划中的巨型加速器，后来由于成本问题被美国政府取消。该机器在得克萨斯州，它的周围是 85 公里。

寻找更大质量的粒子

随着物理学家寻找越来越多的大质量粒子，越来越多的转瞬即逝的粒子，他们需要这些更大的机器。

根据爱因斯坦的方程：E=mc 2看，制造大质量粒子需要高能量。能量与质量成正比。

对于更大的质量，要在加速器中制造更大质量的粒子，需要更多的能量。一个电子的质量大约为一百万电子伏特，电子伏特是粒子物理学家使用的能量单位。一个质子的质量大约是十亿电子伏特。粒子加速器在20世纪50年代达到数百亿伏，70年代达到数千亿伏，然后在80年代达到万亿伏。

像超导超级对撞机，以及现在出现在书中的其他一些机器，可能会达到十万亿电子伏特来制造非常大的粒子。这些都是非常昂贵的设施，需要大量的员工。事实上，有一些发表的论文中，共同作者的名单比文章本身还要长。

基本粒子的发现

渐渐地，随着粒子加速器变得越来越强大，更多的基本粒子被发现。在20世纪60年代的某个时候，有数百种看似不同的基本粒子，每个粒子都有一组不同的特性：不同的质量、不同的电荷、不同的磁场自旋以及其他不同的特性。

当然，理解这些粒子与 100 年前德米特里·门捷列夫面临的任务非常相似。不可能有数百个基本粒子，所以第一步是在这些粒子中寻找独特的模式。

关键步骤之一是认识到某些粒子从未参与原子核。也就是说，它们总是位于原子核之外，而其他粒子似乎总是以某种方式与原子核相关联。这是将粒子至少分成两个大组的一种方法。

关于粒子物理学和大粒子加速器的常见问题

问：粒子加速器是如何工作的?

粒子加速器是利用强大的电磁场来加速基本上像子弹一样的粒子的机器。有大量的探测器记录碰撞事件。

问：第一个粒子加速器是谁发明的，什么时候发明的?

Ernest O. Lawrence在20世纪30年代发明了第一个粒子加速器，称为回旋加速器。

问：如何将粒子分成两大组?

一些颗粒始终驻留在原子核外，而其他粒子似乎总是以某种方式与原子核相关联。这是将粒子分成两个大组的一种方法。