粒子對撞機(jī)是在高能同步加速器基礎(chǔ)大型粒子對撞機(jī)上發(fā)展起來的一種裝置。

主要作用是積累并加速相繼由前級加速器注入的兩束粒子流，到一定強(qiáng)度及能量時使其進(jìn)行對撞，以產(chǎn)生足夠高的反應(yīng)能量，粒子對撞的類別有選擇正負(fù)電子的，有強(qiáng)子粒子對撞的，有質(zhì)子對撞的和單質(zhì)粒子對撞的等，目的是檢驗人們的實驗儀器和探索微觀粒子的宏觀效應(yīng)，認(rèn)識量子粒子的新規(guī)律，新粒子，認(rèn)識新物理等前沿的量子粒子物理科學(xué)。同時，粒子對撞也是一種天然粒子‘機(jī)制’，人們探索‘粒子對撞機(jī)制’的成因，探索‘超對稱’超額維度的存在，開發(fā)新材料。

大型強(qiáng)子對撞器（Large Hadron Collider，LHC），是一座位于瑞士日內(nèi)瓦近郊?xì)W洲核子研究組織CERN的粒子加速器與對撞機(jī)，作為國際高能物理學(xué)研究之用。（全球定位點：北緯46°14′00″，東經(jīng)6°03′00″46.233333333333;6.05）LHC已經(jīng)建造完成，北京時間2008年9月10日下午15：30正式開始運作，成為世界上最大的粒子加速器設(shè)施。

2015年4月5日，經(jīng)過約兩年的停機(jī)維護(hù)和升級后，歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)重新啟動，正式開啟第二階段運行。

發(fā)展歷程

強(qiáng)子對撞器于北京時間2008年9月10日下午15：30正式開始運作，成為世界上最大的粒子加速器設(shè)施。

在2008年9月19日，LHC第三與第四段之間用來冷卻超導(dǎo)磁鐵的液態(tài)氦發(fā)生了嚴(yán)重的泄漏，導(dǎo)致對撞機(jī)暫停運轉(zhuǎn)。

大型強(qiáng)子對撞機(jī)是粒子物理科學(xué)家為了探索新的粒子，和微觀量化粒子的‘新物理’機(jī)制設(shè)備，是一種將質(zhì)子加速對撞的高能物理設(shè)備，英文名稱為LHC(Large Hadron Collider)。

歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)是現(xiàn)在世界上最大、能量最高的粒子加速器。大型強(qiáng)子對撞機(jī)坐落于日內(nèi)瓦附近瑞士和法國的交界侏羅山地下100米深·總長17英里（含環(huán)形隧道）的隧道內(nèi)。2008年9月10日，對撞機(jī)初次啟動進(jìn)行測試。

2010年，參與大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）項目的科學(xué)家表示，他們可能已經(jīng)“接近”希格斯玻色子。希格斯玻色子也被稱之為“上帝粒子”，據(jù)說在大爆炸之后宇宙形成過程中扮演重要角色。2015年4月5日，經(jīng)過約兩年的停機(jī)維護(hù)和升級后，歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)重新啟動，正式開啟第二階段運行，希望探索‘發(fā)現(xiàn)’希格斯耦合粒子超對稱粒子的存在。

主要原理

對撞機(jī)(collider）用高能粒子轟擊靜止靶（粒子）時，只有質(zhì)心系中的能量才是粒子相互作用的有效能量，它只占實驗室系中粒子總能量的一部分。如果射到靶上的粒子能量為E，則對靶中同種粒子作用的質(zhì)心系能量約為(E為粒子的靜止能量）?？梢姡S著Eo的增高，用于相互作用的那部分能量所占的比例將越來越小，即被加速粒子能量的利用效率越來越低，但是，如果是兩個能量為E的相向運動的同種高能粒子束對撞，則質(zhì)心系能量約為2E，即粒子全部能量均可用來進(jìn)行相互作用?？梢姡瑸榱说玫较嗤馁|(zhì)心系能量，所需的加速器能量將比對撞機(jī)大得多。如果對撞機(jī)能量為E，則相應(yīng)的加速器能量應(yīng)為2E2/E。例如，能量為2×300GeV的質(zhì)子、質(zhì)子對撞機(jī)，同一臺能量o為180000GeV的質(zhì)子加速器相當(dāng)，建造這樣高能量的加速器。在目前的技術(shù)水平及經(jīng)濟(jì)條件仍然是不可及的。但建造上述能量或更高一些能量的對撞機(jī)是完全可行的，這就是近20年來對撞機(jī)得到廣泛發(fā)展的原因之一。并且；對撞機(jī)機(jī)制也是一種天然粒子對撞的有效機(jī)制存在，反應(yīng)了‘超對稱’‘超額維度’‘新粒子的存在，人們用 對撞機(jī)探索‘新粒子’‘新量子粒子物理’，用于人們的生活開發(fā)‘新材料’。

正負(fù)電子對撞機(jī)是一個使正負(fù)電子產(chǎn)生對撞的設(shè)備，它將各種粒子（如質(zhì)子、電子等）加速到極高的能量，然后使粒子轟擊一固定靶。通過研究高能粒子與靶中粒子碰撞時產(chǎn)生的各種反應(yīng)研究其反應(yīng)的性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)新粒子、新現(xiàn)象。正負(fù)電子對撞同樣也是一種正負(fù)粒子碰撞的機(jī)制，正電子與負(fù)電子在自然界已有產(chǎn)出，人們研究微電子粒子的結(jié)構(gòu)特性，是當(dāng)今高能粒子物理量子力學(xué)的最前沿的科學(xué)。那自然界有正負(fù)電子對撞機(jī)的機(jī)制嗎？這一機(jī)制自然界會天然存在嗎？新發(fā)現(xiàn)，新探索，在隕落的隕石中就存在著自然界的正負(fù)電子對撞機(jī)制，這一現(xiàn)象也只能用高能物理的量子力學(xué)與四維空間維度解釋。

原理

用經(jīng)加速器加速的高能粒子轟擊靜止的靶，就像在一起交通事故中的一輛汽車撞到一輛停在路邊的汽車上，撞車的能量很大一部分要消耗到使停在路邊的汽車向前沖上，碰撞的威力就不夠大。如果使兩輛相向開行的高速汽車對頭相撞，碰撞的威力就大許多倍?；谶@種想法，科學(xué)家們在70年代初研制成功了對撞機(jī)。世界上已建成或正在興建的對撞機(jī)有10多臺?？茖W(xué)發(fā)現(xiàn)自然，自然驗證科學(xué)。發(fā)現(xiàn)自然界自我組裝生成的電子正負(fù)電子對撞機(jī)制的存在。

20世紀(jì)50年代初，加速器的設(shè)計者就有過利用對撞束來獲得更高質(zhì)心系能量的設(shè)想，但是鑒于加速器中束流的強(qiáng)度太低，束流密度遠(yuǎn)低于靶的粒子密度，雙束對撞引起的相互作用反應(yīng)率將比束流轟擊固定靶時發(fā)生的反應(yīng)率低106倍，這樣，很難進(jìn)行最低限度的測量，這種設(shè)想就沒有得到應(yīng)有的重視，1956年人們開始懂得依靠積累技術(shù)，可以獲得必要強(qiáng)度的束流，從而使對撞機(jī)的研究真正被提到日程上來。

正負(fù)電子對撞機(jī)的造價低，技術(shù)簡單，因此它是首先研究的對象。

最初的兩臺對撞機(jī)是1961年投入運行的，不久又相繼出現(xiàn)了好幾臺低能量的電子對撞機(jī)。B.里希特就是在美國斯坦福直線加速器中心的正負(fù)電子對撞機(jī)SPEAR上發(fā)現(xiàn)著名的J/ψ粒子的（同時在美國布魯克海文國家實驗室由丁肇中教授發(fā)現(xiàn)），為近代高能物理的發(fā)展作出了很大的貢獻(xiàn)，正是由于這一成就為后來人們下決心建造更大的正負(fù)電子對撞機(jī)起了決定性的作用。

原子對撞機(jī)的原理如下：

高能物理對撞機(jī)可以按照其加速粒子的種類進(jìn)行分類，強(qiáng)子對撞機(jī)是其中一種，它加速的粒子是強(qiáng)子。由夸克組成的粒子稱為強(qiáng)子，它包括重子和介子。介子一般是高能物理過程中的產(chǎn)物，極不穩(wěn)定，短時間內(nèi)就會發(fā)生衰變，因此不會是對撞機(jī)用來加速的粒子。在重子中，相對穩(wěn)定的是質(zhì)子和中子，而中子不帶電，無法實現(xiàn)加速過程。也就是說，目前可行的強(qiáng)子對撞機(jī)所加速的粒子是質(zhì)子。當(dāng)前世界上能量最高的強(qiáng)子對撞機(jī)是位于美國芝加哥費米國家實驗室的質(zhì)子－反質(zhì)子對撞機(jī)，它能使質(zhì)子流、反質(zhì)子流在1.96TeV的質(zhì)心能量狀態(tài)下對撞。

在2008年5月以后，位于瑞士日內(nèi)瓦，由歐洲核子研究中心建造的大型強(qiáng)子對撞機(jī)將投入運行，屆時將成為世界上能量最高的強(qiáng)子對撞機(jī)，它能使質(zhì)子－質(zhì)子在14TeV的質(zhì)心能下對撞。大型強(qiáng)子對撞機(jī)磁體高16米，長、寬均有10多米，重達(dá)1920噸。工程技術(shù)人員專門建造了一個巨型吊架，用4根粗鋼纜吊住這個磁體，借助液壓頂泵將磁體緩慢放入隧道。它長達(dá)27公里的環(huán)形隧道可被用來加速粒子，使其相撞，創(chuàng)造出與宇宙大爆炸萬億分之一秒時類似的狀態(tài)。在高能物理實驗中，粒子加速器和探測器是常用設(shè)備。探測器用來探測碰撞產(chǎn)生的微小粒子，記錄粒子能量、質(zhì)量等信息。

大型電子加速器（LEP）將在2007年前更新設(shè)備，使它能加速更重的粒子——質(zhì)子，質(zhì)子相互碰撞能產(chǎn)生比現(xiàn)有加速器獲得的粒子具有更高能量。

2003年6月4日，歐洲核子研究中心（CERN）正式開放地下大廳，大廳中將安放粒子探測器Atlas。Atlas是一座高達(dá)4層樓的設(shè)備，科學(xué)家希望，它能幫助人們弄清楚宇宙物質(zhì)的誕生及其性質(zhì)。

Atlas巨型設(shè)備是靠近瑞士和法國邊境的歐洲核子研究中心所進(jìn)行一項計劃的核心部分，在該計劃范圍內(nèi)，所謂的大型電子加速器（LEP）將在2007年前更新設(shè)備，使它能加速更重的粒子——質(zhì)子，質(zhì)子相互碰撞能產(chǎn)生比現(xiàn)有加速器獲得的粒子具有更高能量。

據(jù)路透社報道，科學(xué)家希望，新型加速器——大型質(zhì)子對撞機(jī)（LHC）能重新建立一些條件，其中包括能量密度——在約150億年前宇宙誕生之后僅僅10億分之一秒宇宙中存在的能量密度。大型質(zhì)子對撞機(jī)安放在圓周長約27公里的隧道中，隧道位于瑞士和法國邊境地下深75米處。