讀過《三體》的朋友，都會為書中一個科幻點子津津樂道：三體世界是如何用兩個“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)家們做實驗的粒子加速器當(dāng)中，對粒子撞擊結(jié)果產(chǎn)生干擾，就會讓科學(xué)家們得出錯誤的數(shù)據(jù)，整個理論物理學(xué)界陷入混亂和停滯，人類科技也將不再向前發(fā)展。

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

【資料圖】

簡單地說，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，粒子被擊碎后就會有很多次級粒子“散落”出來，這些次級粒子經(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原子核和基本粒子，認(rèn)識物質(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·維德勒的一篇報告。報告里，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)長的直管，長到實驗室根本容納不下。不過，雖然可實現(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?；匦铀倨髯鳛榱Ｗ蛹铀倨鞯囊环N，通過讓磁場和電場共同使帶電粒子作回旋運(yùn)動，在運(yùn)動中經(jīng)高頻電場反復(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)過程中一個開創(chuàng)性的時刻。

它不僅對于核物理學(xué)具有革命性的意義，加深了我們對大自然基本構(gòu)成要素的理解。更引發(fā)了一場科學(xué)研究模式的轉(zhuǎn)變——在推動回旋加速器發(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劃等重大科學(xué)工程......

正是歐內(nèi)斯特·勞倫斯他的團(tuán)隊，播種了產(chǎn)業(yè)界參與科學(xué)研究的種子，推動了“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