粒子加速器
注入链
一台巨型对撞机并不会独自把粒子从静止开始加速。那就像要求一辆一级方程式赛车挂着最高档从完全停止起步——既笨拙又低效。大型加速器改用一串较小机器的接力,每一台从上一级接过束流,加速它,再交给下一台。这串接力叫做注入链,而把束流从一台机器送进下一台的动作叫做注入。
在像欧洲核子研究中心(CERN)这样的地方,大致是这样进行的。粒子起初来自一个朴素的源——对质子而言,是一瓶被剥去电子的氢气。一台直线加速器给它们第一次助推。随后它们被注入一个小环继续加速,接着是更大的环,再接着是更大的环,每一级都增加能量、并把束流整理成计时正确的束团,直到最后被注入顶端那个最大的环。每一级都被调校得恰好以下一级所设计能接受的能量和结构来交付束流;一旦不匹配,束流就会溢出损失。
注入链之所以重要,是因为其中每台机器都只在有限的能量区间里工作得最好,而把现成的加速器重新用作注入器能节省巨大的成本。它还意味着一台旗舰机器继承了一条血脉:如今为大型强子对撞机供束的那些环,本身就是更早几十年的前沿对撞机,被改用作注入链的早期阶段。理解这条链能说清一个实际的道理——建造那台领衔的加速器只是工作的一部分;你还需要一切为它供束的设施。
一个质子在抵达大型强子对撞机之前,已经先后穿过一台直线加速器和三个更老的环——增强器、质子同步加速器和超级质子同步加速器——每一个在当年都是前沿加速器,如今则充当注入链上的一级。
一场由越来越大的机器组成的接力,每一台把束流交给下一台。
那台旗舰环通常无法从静止开始加速;它接受的是已经处于高能的束流,所以注入链上任何一处出故障都会让整台机器停摆,即便主环本身完好无损。
又称
另见