粒子加速器
束團與束流管
粒子束流不是像水管噴出的水那樣平滑連續的流。它更像一串緊密堆擠、彼此間留有間隙的團塊——這些團塊叫做束團。每個束團裡擠著數量極其龐大的粒子,被壓進一個只有幾釐米長、比頭髮還細的小包裡,束團們等間距地繞環行進,就像車輛在高速公路上以固定間隔結隊前行。
這樣結團有充分的理由。射頻腔只在其振盪的一部分時間裡正確地推動,所以粒子必須聚成束團,踩著場的節奏抵達每個腔——連續鋪開的粒子會有一半時間被推向錯誤方向。結團還把粒子聚攏,使它們足夠密集,好在兩束交叉時頻繁對撞。這一切都發生在束流管內:一根光滑的管子,常常只有幾釐米粗,保持著比外太空還空的超高真空。這真空至關重要,因為與一個散落氣體分子的一次碰撞就可能把粒子撞出束流;在數小時的循環裡,哪怕一絲殘留空氣也會把束流侵蝕殆盡。
這兩個不起眼的特徵,悄悄地塑造了對撞機的能力。束團的數目、每個束團帶多少粒子,都直接進入亮度;而束團在交叉點能被壓得多緊,則決定了對撞率。束流管既要是一個出色的真空容器,又要足夠「透明」、不去擾動粒子,而在探測器處它被做得格外薄,好讓對撞殘骸盡可能不受阻礙地飛進儀器裡。
大型強子對撞機的每束質子被分成大約 2800 個束團,每個束團約含 1000 億個質子,在一根真空比月球表面氣壓還低的束流管裡飛馳。
束流以一個個離散的束團形式存在,在超高真空管中飛馳。
束流管裡的真空絕非小事:在普通氣壓下,束流會在不到一秒內散逸殆盡,所以在數十公里範圍內維持超高真空,是大型加速器真正的工程難題之一。
又稱
另見