熱點(diǎn)聚焦：沒有它，我們可能還沒有研發(fā)出原子彈

讀過《三體》的朋友，都會(huì)為書中一個(gè)科幻點(diǎn)子津津樂道：三體世界是如何用兩個(gè)“智子”干擾粒子加速器，將地球科技鎖死的。

智子以擁有智能的粒子形式存在，混入科學(xué)家們做實(shí)驗(yàn)的粒子加速器當(dāng)中，對(duì)粒子撞擊結(jié)果產(chǎn)生干擾，就會(huì)讓科學(xué)家們得出錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，整個(gè)理論物理學(xué)界陷入混亂和停滯，人類科技也將不再向前發(fā)展。

這個(gè)情節(jié)讓不少朋友心生好奇，粒子加速器是什么？它對(duì)科學(xué)發(fā)展為什么能如此重要？

【資料圖】

簡(jiǎn)單地說，粒子加速器是一種用人工方法產(chǎn)生快速帶電粒子束的裝置。它利用一定形態(tài)的電磁場(chǎng)將電子、質(zhì)子或重離子等帶電粒子加速，能提供速度甚至接近光速的各種高能量的帶電粒子束。用加速后的粒子撞擊目標(biāo)粒子，粒子被擊碎后就會(huì)有很多次級(jí)粒子“散落”出來，這些次級(jí)粒子經(jīng)過重新組合能夠生成新粒子。

因此，粒子加速器是人們改變?cè)雍撕突玖Ｗ?，認(rèn)識(shí)物質(zhì)深層結(jié)構(gòu)的重要工具。

回旋加速器：大科學(xué)的開始

最初，科學(xué)家對(duì)于粒子加速器的想法是直線加速器。

德國1928年12月19日出版的一期《電氣技術(shù)檔案》中刊登了挪威物理學(xué)家羅爾夫·維德勒的一篇報(bào)告。報(bào)告里，維德勒提出，讓離子通過一系列加載有電位差的間隙來不斷給離子施加一個(gè)作用力，使它們沿直線加速，就可以解決如何在不用高電壓的情形下產(chǎn)生高能粒子的問題。但要滿足當(dāng)時(shí)盧瑟福為揭開核結(jié)構(gòu)深層奧秘所提出的10百萬伏特要求，則需要一根相當(dāng)長(zhǎng)的直管，長(zhǎng)到實(shí)驗(yàn)室根本容納不下。不過，雖然可實(shí)現(xiàn)性不高，這一想法卻讓后來回旋加速器的發(fā)明者歐內(nèi)斯特·勞倫斯眼前一亮。

20世紀(jì)30年代初，回旋加速器閃亮登場(chǎng)?；匦铀倨髯鳛榱Ｗ蛹铀倨鞯囊环N，通過讓磁場(chǎng)和電場(chǎng)共同使帶電粒子作回旋運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)中經(jīng)高頻電場(chǎng)反復(fù)加速。用發(fā)明者歐內(nèi)斯特·勞倫斯的話來說，回旋加速器就是“質(zhì)子的旋轉(zhuǎn)木馬游戲”。這一發(fā)明利用環(huán)形軌道能夠讓粒子做循環(huán)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，在有限的空間內(nèi)，就能為粒子賦予加速所需的巨大能量。

這一發(fā)明的問世，無疑是人類揭開核結(jié)構(gòu)深層次的謎團(tuán)過程中一個(gè)開創(chuàng)性的時(shí)刻。

它不僅對(duì)于核物理學(xué)具有革命性的意義，加深了我們對(duì)大自然基本構(gòu)成要素的理解。更引發(fā)了一場(chǎng)科學(xué)研究模式的轉(zhuǎn)變——在推動(dòng)回旋加速器發(fā)明的過程中，歐內(nèi)斯特以其天才的創(chuàng)想吸引了一大批年輕的研究生、工程師進(jìn)行跨學(xué)科合作。以其靈光的腦瓜千方百計(jì)向研究公司籌措數(shù)以百萬美元的資金，以其獲取的無限資源支撐完成復(fù)雜大科學(xué)裝置的研發(fā)，并孕育出原子彈和太空計(jì)劃等重大科學(xué)工程......

正是歐內(nèi)斯特·勞倫斯他的團(tuán)隊(duì)，播種了產(chǎn)業(yè)界參與科學(xué)研究的種子，推動(dòng)了“小科學(xué)”到“大科學(xué)”的演變。

為此，美國專欄作家和記者邁克爾·希爾齊克寫下《大科學(xué)：歐內(nèi)斯特·勞倫斯和他開創(chuàng)的軍工產(chǎn)業(yè)》一書，記錄下了這段輝煌壯麗的科學(xué)史詩。

END

責(zé)編/心與紙

標(biāo)簽： 粒子加速器 回旋加速器 歐內(nèi)斯特