為什麼研究小小的基本粒子，要用巨大的加速器？
為什麼研究小小的基本粒子，要用巨大的加速器2017-09-04 | 文章來源：中國科普網 朱偉| 瀏覽次數： |【大 中 小】
1979年9月4日，華裔美籍物理學家丁肇中領導的高能物理實驗小組，在西德漢堡的一臺高能加速器上找到一種新粒子——膠子。現在，讓我們來瞭解一下，為什麼研究粒子都要用加速器！
基本粒子是目前人們直接觀察到的最小的粒子。
基本粒子究竟有多麼小？如果有一種放大鏡能把乒乓球放大到地球那樣大，按同樣的放大倍數來看基本粒子，也不過像一隻乒乓球那樣大。把一萬億個基本粒子排成一列橫隊，叫這列橫隊齊步穿過縫衣針的小孔，也還綽綽有餘。為了研究這小小的基本粒子，物理學家卻動用了直徑大到2千米的高能加速器，這是為什麼呢？原來，在微觀世界中，物質運動的規律同我們平時生活中所見到的完全不同。在宏觀世界裡，粒子運動的時候，總有一條明確的軌跡；波動則是以瀰漫於空間的形式出現的。因此，粒子就是粒子，波就是波，誰也不會把它們混淆起來。
20世紀初，當物理學家的研究深入到分子、原子以及更深的層次時，卻發現這些微小的粒子，有許多奇怪的行為，不能用以往的經驗來解釋。法國有一位歷史學家叫路易斯?徳布羅意，他受到研究實驗物理學的哥哥的影響，改行研究物質結構。1924年，他向巴黎大學理學院遞交了一篇博士論文，在論文中他提出了一種新觀點，認為任何一個粒子的運動都有一種波和它伴隨，並影響到粒子的運動。這種波的波長，和粒子的動量成反比。由於我們肉眼所看到的物體質量太大，用德布羅意的公式來計算波長就非常之短，觀察不到這種波的影晌。可是，對於原子和分子世界中的粒子來講，這種波的行為卻很強烈。徳布羅意認為，只要承認這個假定，就可以解釋如原子這類粒子的許多反常的行為。開始，大家對他的說法將信將疑，不久實驗證實了徳布羅意的觀點。這位新博士因此獲得了諾貝爾獎。
物理學家在探索微觀世界時，經常採用的一種方法是把一束已知性質的基本粒子作為炮彈，去轟擊所要研究的某種未知的基本粒子，通過觀察它們之間的相互作用，來研究靶粒子的性質。在研究基本粒子的時候，為了看清它的結構，作為炮彈的基本粒子的波長，應該越短越好，或者是它們的動量越大越好；否則，由於波動的強烈幹擾，很難對靶粒子作出精確的測量。可是，粒子朿的能量越大，它們就越難馴服，就是要它們轉個彎也很不簡單。解決的辦法，只能把加速器的「跑道」彎曲的程度盡量減小，這樣加速器的直徑也就越來越大了。
著名的義大利原子物理學家恩里科?費米，曾風趣地說過：如果人們想要製造一臺能量達到宇宙射線那樣的加速器，這臺加速器的圓周就會大得足以套到地球的赤道上。但是，人們相信，將來利用某種新技術(如超導技術)，可以使加速器的尺寸大為縮小。不過，從目前的情況來看，物理學中研究的對象越小，使用的儀器設備確實是越來越大了。
這個問題學過高中的同學應該都知道吧。。。。。
假設該帶電粒子在勻強磁場中運動。因為洛倫茲力永遠垂直於粒子的速度，因此粒子在磁場中做勻速圓周運動。在根據牛頓第二定律，那我們就知道qvB = mv^2 / R，所以，R = mv / qB ，在不考慮相對論效應，並且電荷量和磁場強度恆定情況下，粒子速度越快，它的運動半徑越大。
這就是為什麼粒子加速器一般都是非常大的理論基礎。當然了，現實情況下不可能說做得越大越好，因為速度有一個上限。另外也不可能說加速到光速，在微觀角度上來說，該粒子必須符合相對論效應，速度越大，質量越大，所需驅動力越大。
另外，粒子加速器一般都是逐級加速到近光速，而且難度是非常大的，需要強大的工程製造能力，而且死貴死貴，沒錢的國家還真做不起。有興趣的可以試著算算看電子近光速時的運動半徑，我沒算過，但是肯定是非常大的，那不然位於歐洲的世界最大粒子加速器，為啥穿過了那麼多城市~~~~
因為為了研究更高層次的物理領域，粒子加速器必須要把粒子加速到極為接近光速，如此高的速度要想使其轉彎就必須加入更多的能量，然而以人類現在的技術很難輸出如此大的能量，就必須要加大加速器半徑，使能量輸出分攤到加速器的每一節（實際上加速器是完整的，只是為了方便理解），從而達到能量輸出的需求
如今的科技仍沒有質的突破，和上圖原理差不多，
一花一世界，一樹一菩提。我懷疑有口誤，花應該是沙。沒能量的情況下。，全宇宙所謂的「物質」估計是零。原子99%空的，靠電場撐開，沒能量就塌縮。現在質子被打開，發現裡面也是空的，核心是各種夸克。99%空間又沒了。世界不存在！
因為微觀粒子間存在強大的核力，稱為強相互作用，這種相互作用遠大於庫倫力，因此用一般方法難以將粒子拆開，只有藉助粒子加速器，將粒子加速到接近光速，讓粒子進行碰撞，纔有機會把粒子撞開，從而可能發現新粒子。
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