为什么大型强子对撞机不能将粒子加速到光速?

小夏 科学 更新 2024-01-31

你有没有想过,为什么世界上最强大的粒子加速器——大型强子对撞机(LHC)不能让粒子以超过光速的速度移动?毕竟,它可以以 13 太电子伏特 (TEV) 的巨大力量将质子粉碎在一起,大约是 099999999。根据狭义相对论,非常接近光,但还不够接近。

爱因斯坦的理论告诉我们,在真空中,没有什么能比光速更快——每秒 300,000 公里。

只有像光子这样的无质量粒子才能达到这个极限。 但是质子和所有物质一样,也有质量。 在速度方面,质量是一件棘手的事情。

你看,质量和能量是同一枚硬币的两面,爱因斯坦用他的方程 e=mc 2 完美地证明了这一点。

这意味着你给一个物体的能量越多,它获得的质量就越大。 而且质量越大,加速就越困难。

这就像试图将自行车的重量推到卡车上一样。 您需要更大的力量来移动卡车。

为了让质量达到光速,它需要传递无限量的能量,这是不可能的。

当质子的速度接近光速时,它的质量增加,长度减小,使其越来越难以推动。

最终你会达到一个点,无论你向质子注入多少能量,质子都不会移动得更快。 他被困在最大速度下,这总是小于光速。

不仅质子的质量和长度会发生变化,而且其时间也会发生变化。

当质子接近光速时,时间本身就会减慢。 这被称为时间膨胀,这意味着从质子的角度来看,宇宙中的其他一切都比正常情况移动得更快。

因此,即使质子能够以某种方式达到光速,它也会达到时间停止的状态。 这不是很有趣。

维克主线。 对撞机旨在最大限度地减少对粒子束的干扰,粒子束由数十亿个质子组成,这些质子沿着27公里的环向相反方向移动。

环处于真空中,因此没有空气分子可以碰撞。 该环还被强大的磁铁包围,这些磁铁将光束引导并聚焦到四个碰撞点,在那里它们相互碰撞并产生新的粒子。

然而,即使在真空中,仍然有气体分子和散射光子可以与质子相互作用。

这些相互作用可能导致一些质子失去能量或略微改变方向,从而导致光束的质量和强度降低。

为了防止这种情况,大型强子对撞机使用称为准直器和光束吸收器的特殊装置,在不需要的粒子到达探测器之前吸收或偏转它们。

三分钟谈科普

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