在大型強子對撞機中，根本沒有強子對撞？

撰文 |Sarah Charley

翻譯 | 郭鑫鵬

審校 | 韓晶晶

大型強子對撞機（Large Hadron Collider）確實很龐大，它的周長有17英里（約27.3千米），是這個星球上最大的對撞機。但是它名字後部分有一定的誤導性。這是因為在LHC中對撞的只是強子內部很小的部分，而不是強子本身。

強子是由夸克和膠子組成的複合粒子。其中膠子傳遞著強相互作用力，讓夸克緊緊地粘在一起，形成單個粒子。LHC中最主要的對撞粒子是被稱為質子的強子。質子由三個夸克和難以計數的膠子組成。（質子又進一步組成原子，而原子構成世界萬物）

如果把一個質子放大到籃球那麼大，它看起來會顯得空蕩蕩。和原子一樣，質子也幾乎完全是空的。質子中的單個夸克和膠子是非常小的，只有不到整個質子直徑的萬分之一。

「質子的內部就像是你周圍的空氣，「杜倫大學理論學家理查德·魯伊斯說。「是真空和微觀粒子的混合，總而言之，沒有實在的體積。」

」但是如果你把這些粒子放入一個氣球中，你會發現氣球膨脹了。雖然質子內部的粒子很微小，但是它們彼此之間存在著相互作用並向它們周圍施加了作用力，這不可避免地產生了某種擁有可觀測體積的物體。」

那麼我們如何讓兩個實際是真空的物體碰撞呢？我們做不到，但幸運的是，我們並不需要一次經典碰撞來解放一個粒子所有的潛能。

在粒子物理學中，「碰撞」一詞可以理解為兩個質子滑過彼此，它們的基本組成部分離得相當近而可以相互「交談」。如果它們的聲音足夠響亮並以一個正確的方式產生共鳴，它們能夠激發隱藏在幕後的量子場，讓它以自己的聲調來回應——也就是產生了新的粒子。

「這非常像音樂。」魯伊斯說，「整個宇宙就是複雜和諧的交響曲，彼此之間相互呼應。我們可以輕易地產生中間調，對應質子和介子，但是某些音符非常高，它們需要很大的能量和精確的條件來共鳴。」

真空中充滿了量子場，當它以正確的能量振動時可以短暫地產生一個粒子。這樣的場大多在幕後，但發揮著非常重要的作用。例如，希格斯場與其他粒子相互作用來賦予它們質量。但是一個希格斯粒子只會在希格斯場發生正確共鳴時出現。

當質子在LHC的碰撞中相遇，它們分解，其中的夸克和膠子飛出。它們相互作用，從真空中激發出更多的夸克和膠子，最後形成一大批高速運動的強子。

這個亞原子共生現象能在LHC中實現並通過實驗記錄下來，但是它並不僅局限發生在實驗室環境中。粒子也會被超新星殘骸這樣的宇宙源加速。「這發生在宇宙各處，」魯伊斯說，「在這種意義上，LHC和其中進行的實驗並不特殊。它們更像一個大型音樂廳，提供奏樂的能量並記錄每個質子內部的交響樂。」

http://www.symmetrymagazine.org/article/whats-really-happening-during-an-lhc-collision

點擊展開全文

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！