科學(xué)家提出后LHC時代的粒子對撞機(jī)
據(jù)國外媒體報(bào)道，位于瑞士日內(nèi)瓦邊境上的大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）被認(rèn)為是世界上最大的粒子加速器，全長27公里的加速軌道布設(shè)在地下，配備了質(zhì)子同步加速器、超級質(zhì)子同步加速器（SPS）、緊湊μ子線圈（CMS）以及超環(huán)面儀器（ATLAS）等。目前大型強(qiáng)子對撞機(jī)正進(jìn)行能量升級，以便未來繼續(xù)進(jìn)行對撞實(shí)驗(yàn)。同時，科學(xué)家日前提出了取代大型強(qiáng)子對撞機(jī)的超級機(jī)器，被認(rèn)為是后LHC時代的對撞機(jī)，采用革命性的激光系統(tǒng)研制新一代粒子加速器。 9ZDVy7m\i-
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科學(xué)家通過相干放大網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的啟發(fā)，認(rèn)為采用激光技術(shù)可產(chǎn)生強(qiáng)烈單色光束，組成大規(guī)模光纖激光器陣列，基于這項(xiàng)新技術(shù)的研究已經(jīng)在歐洲核子研究中心的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，并更多地應(yīng)用到質(zhì)子治療和核化學(xué)實(shí)驗(yàn)上，質(zhì)子治療是一種先進(jìn)的癌癥治療技術(shù)。本項(xiàng)研究超過已經(jīng)發(fā)表在《自然光子學(xué)》期刊上�？茖W(xué)家認(rèn)為激光可以在很短的時間內(nèi)提供強(qiáng)大的能量照射，該技術(shù)的成熟化運(yùn)行后在極短時間內(nèi)激發(fā)出的能量是全球產(chǎn)能的1000倍數(shù)量級，因此基于激光技術(shù)的大型對撞機(jī)將是未來取代LHC的先進(jìn)粒子加速器。 nJFk4v4:2
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大型強(qiáng)子對撞機(jī)緊湊μ子線圈（CMS）示意圖 (M ]XN n
先進(jìn)的緊湊型粒子加速器的應(yīng)用前景十分廣闊，不僅可用于粒子物理實(shí)驗(yàn)，也可以開發(fā)新型藥物，比如目前最先進(jìn)的癌癥治療技術(shù)之一的質(zhì)子治療，也可以降低使用放射性物質(zhì)對生態(tài)環(huán)境造成的破壞，傳統(tǒng)核原料產(chǎn)生的放射性污染可能影響數(shù)萬年之久。當(dāng)前，有兩個主要的瓶頸阻礙著高強(qiáng)度激光技術(shù)的發(fā)展，第一，傳統(tǒng)的激光技術(shù)只能每秒形成一個激光脈沖，而如果將該技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際情況，那就需要每秒可產(chǎn)生數(shù)萬次的激光脈沖。第二，目前超強(qiáng)激光器的“效率”很低，輸出能量僅占到輸入能量的一小部分，粒子對撞需要輸出功率達(dá)到兆瓦級的水平，因此在當(dāng)前極低的輸出能量前提下無法達(dá)到設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要求，在經(jīng)濟(jì)上幾乎是不可行的。 MV:W@)rg
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對此，在歐盟相關(guān)聯(lián)合會的資助下，南安普敦大學(xué)光電子研究中心、德國耶拿大學(xué)以及歐洲核子研究中心等全球12家頂級實(shí)驗(yàn)室開始對高能量重復(fù)性激光脈沖源進(jìn)行研究，旨在提高光纖激光器的效率和可控性。高能物理的研究需要大型加速器，其大小幾乎都達(dá)到數(shù)公里，建造這樣的加速器需要花費(fèi)數(shù)十億歐元的資金，因此，如何減少加速裝置的規(guī)模和成本，并達(dá)到同樣的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖俏磥砀吣芪锢韺W(xué)研究的關(guān)鍵。 Hf VHI1f
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南安普敦光電子研究中心博士比爾·布羅克爾斯比認(rèn)為一個典型的未來高能物理研究裝置需要使用成千上萬的光纖維，每組纖維攜帶部分激光能量，這樣就可以產(chǎn)生強(qiáng)大的輸出功率，同時也提供了更大的表面冷卻面積，可進(jìn)行多次重復(fù)性操作。初步的概念驗(yàn)證表明，目前的技術(shù)發(fā)展可控制數(shù)千激光纖維，將電子加速至數(shù)個GeV（10的九次方電子伏特）。因此，未來大型對撞機(jī)采用的技術(shù)將是革命性的，克服輸出功率和材料等的問題后，粒子對撞實(shí)驗(yàn)將達(dá)到一個新的高度。
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