粒子物理學新突破！英國科學家發現，大型強子對撞機可能會過時

一位參與實驗的物理學家表示，英國的粒子物理學家首次觀測到介子電離冷卻現象，朝著建造世界上最強大的粒子加速器邁出了一大步。

在超冷軌道上運行的介子粒子束有望比日內瓦歐洲核子研究中心(CERN)的大型強子對撞機(LHC)高出10個數量級，但是亞原子粒子非常難以處理，其半衰期為2.2微秒，光束溫度達到100億開爾文。然而，國際介子電離冷卻實驗的研究人員2月4日宣布了一種利用介子來解決問題的方法。

物理學家，包括許多來自英國的科學家，已經找到了一種方法來冷卻介子束，使其冷卻到足以使粒子沿加速器軌道快速運動。發表在《自然》雜誌上的實驗結果是由英國哈韋爾大學科學技術設施委員會(簡稱STFC) ISIS中子和介子束設施的物理學家利用介子束線完成的。

新一代的介子加速器將大大優於大型強子對撞機，但也有助於大型強子對撞機等設施的發展，我認為這種先進技術將被用來升級大型強子對撞機。像大型強子對撞機這樣的粒子加速器通過將兩束質子粒子加速到接近光速的速度，沿著超冷的磁體軌道運行，從而產生碰撞。

當質子在選定的交叉點碰撞時，撞擊會將它們撕裂，產生更小的組成粒子，這些粒子構成了物質。但這些碰撞是混亂的，會產生大量碎片，包括介子，因為質子中已經充滿了更小的粒子。

科學家認為，如果足夠多的介子可以被壓縮到一次碰撞中，物理學家們將會從方程式中去掉許多不需要的二次粒子。通常我們會把介子和它們的反物質，也就是反子，對撞在一起，形成二次粒子。通過觀察次級粒子，我們可以更好地了解我們周圍的宇宙和物質的組成。

在粒子對撞機中使用介子真的很不錯。如果我們把質子放在一起，質子是基本粒子的集合，所以質子裡面有粒子。質子內部有一種叫做夸克和膠子的粒子，當我們把這些質子放在一起時，就像把一袋斯諾克球放在一起一樣。碰撞的能量在袋子里的球之間分享，所以我們想要觀察的製造新粒子的實際能量，比袋子里所有粒子的總能量要小得多。而介子是基本粒子，所以它更像是把保齡球扔在一起。

所有的能量都可以從這些單獨的保齡球中獲得，當它們相互碰撞產生新的粒子時，這些粒子可以用來研究我們周圍的宇宙物質是由什麼組成的。自從2000年首次提出這項實驗以來，物理學家們花了20年的時間進行研究，但建造離子冷卻通道是一個真正的挑戰。

除了製造這些儀器所需的特殊材料外，物理學家們還必須開發出足夠強大的磁鐵來容納光束並將其壓縮，就像「從各個方向同時擠壓一個氣球」一樣。質子撞擊鎢等密度大的元素所產生的介子云也非常分散，這降低了粒子碰撞的幾率。但是，通過使用強大的「磁透鏡」聚焦光束，並將其冷卻到零下250攝氏度，這一問題已經解決了這個問題。或者，可以將介子的速度降低到足以觀察它們幾乎自發的半衰期，從而觀察衰變產生的結果。

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