100年前(1919年),人类历史上第一次用人工方法将一束α粒子束作为炮弹,击中了0.0004厘米厚的金属箔靶。放置在靶后的荧光屏测量了粒子散射的分布,发现了原子核的结构,实现了人类历史上第一次粒子加速器实验。在随后的100年间,世界各地建造了近2万台粒子加速器,其中约三分之一仍用于探索微观世界,另外三分之二用于医疗和工业。
粒子加速器已经诞生100年了,但它到底是什么还得从很久以前说起。17世纪初,44岁的伽利略听说一个荷兰人发明了一种能看清距离的物体,叫做望远镜。经过思考,他在家里复制了一张,经过漫长的改造,将原来的最大放大倍数从3倍提高到33倍。这是整个科学史上的一大技术飞跃。伽利略折射望远镜原理的改进
在此基础上,后来的人根据同样的原理制造出了光学显微镜。并开始用这个工具探索微观世界。然而,光学显微镜并不是万能的。它能观察到的最小物体受到光波长的限制。在此限制下,它能观测到的最小物体尺寸约为0.5微米。光学显微镜
后来,为了探索微观世界,人类先后发明了电子显微镜和隧道显微镜,将最小的可观测粒子缩小到纳米级。但是人类还是不能满足。科学界需要找到更小、更基本的粒子。如果观测不到,它会“粉碎”已知最小的粒子。电子显微镜
破,就是用人工的方法产生高能粒子束击中“目标”。与显微镜不同,这种打击手段不能直接观察被观察物体,而是通过射击目标来改变物体的状态,然后对改变后的结果进行分析,了解微观物质的组成和运动规律。能够实现这种粒子撞击的工具就是粒子加速器。局部线性粒子加速器
粒子加速器显然是加速粒子的机器,但其本质其实是更先进的显微镜。现在粒子加速器可以用在很多领域,比如医疗、国防、环境治理等等。但它最初是为了帮助人们更好地了解微观世界。微观世界
现代加速器的主要加速原理是利用电磁场加速带电粒子,使粒子速度接近光速的装置。根据相对论原理,加速器可以将带电粒子的速度提高到无限接近光速,但无论如何也达不到光速。霍金在世时曾打趣说,如果能制造出和粒子加速器一样能力的人体加速器,那么加速器里的人就能进行时间旅行,在加速器里的一天可能相当于在加速器外的几年。如果你想穿越到未来,找加速器显然比找时间宝石或者飞机失事更方便。人体加速器-只是参观