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第三章 朝夕与永恒 6 粒子的一生（第3页）

这是因为我们开车达到的130千米时相对于光速而言实在小得可怜，在接近光速时，输入系统中的能量无法再提高速度，因为光速不可超越，于是只能增加质量。

这再次体现了相对论提出的质能等价。

在日常生活的经验中，加速时物体的质量不会变，但如果接近不可超越的光速，质量就会不断增加而速度基本保持不变。

现代粒子加速器中的粒子束几乎都以接近光速的速度运动，并获得比静止质量大得多的质量。

当碰撞发生时，蕴藏在其巨大质量中的能量冲击真空并激发出新粒子，能量又被重新转化为质量，在那一刹那，大爆炸之后迅疾消失的物质形式再现于世间。

于是，大型研究机构就成了生产灭绝粒子的工厂，也可说是时间机器让我们可以再现并研究百十亿年前宇宙诞生时的现象。

注意：当粒子逐渐接近光速时，其质量只是相对于我们这些看着它们在真空管道中飞驰的人才有巨大的增长。

如果有一个观察者和它们同行，就会看到它们是静止的，在这个运动着的参照系中，粒子质量一点儿都不会变。

和运动方向上的空间收缩、时间拉伸一样，近光速粒子的质量暴增也是只有外部观察者才能看到的现象。

2000年夏天，在欧洲核子研究中心（）的大型正负电子对撞机（LEP）中转圈的电子是物质原子中普通电子的20万倍重。

当然，这会带来相当大的问题，比如同步和加速器参数调控，这些参数要随加速导致的质量猛增而调整。

质子被加速时，这种效果也很显著。

质子不算基本粒子，是由两个上夸克和一个下夸克组成的，还有许多个胶子，有了这些胶子，才能把一切聚于强力的约束中。

质子带正电，质量大约相当于1GeV，对质子的加速方法类似电子，只是要将电场两极的电势差反转。

由于质子是复合粒子，质量是电子的2000倍，因此必须耗费大量能量才能将它们加速到接近光速。

但质量大也给了它们一个很大的优势。

电子在粒子加速中使用受限的主要原因之一就是它们太轻了。

和所有做圆周运动的带电粒子一样，电子也会释放光子而失去能量。

轨道上的粒子越轻，辐射越大，并且辐射随着能量的增长而猛增。

对于比电子重得多的质子而言，辐射导致的能量损失则小得多，所以质子更容易被提高到更高能级。

目前最强大的加速器是大型强子对撞机（LHC），两束质子流在周长27千米的圆形真空管中相向运动，碰撞的能量达到13TeV（千GeV），也就是说两边的质子都具有相当于6.5TeV的质量，是其静止质量的6500倍。

因为质子是由夸克和胶子组成的，所以其碰撞比较复杂，只有一部分可用能量（大概几个TeV）能转化为重粒子。

现在，人们正讨论着要研发新的磁体，新建一个100千米的管道以达到100TeV的能量级，以产生质量相当于几十TeV的新粒子——如果存在的话。

电子加速器可以起到补充作用。

因为电子是点粒子，所以电子碰撞简单得多，电子加速器也就成了进行精确测量并通过微小异常探索新物理学的理想机器。

电子加速器的劣势在于不能达到很高的能量级。

环形电子加速器的设计能级在250~500GeV之间，现在也有能达到几TeV的设计，但仅限于直线型加速器。

总之，涉及的都是相对论性物体，即加速到接近光速而质量变得巨大的粒子。

大型正负电子对撞机中的电子是这样，大型强子对撞机中的质子亦然，这些粒子的时间都显著减慢了。

我们以大型强子对撞机为例：质子被加速并碰撞之后还要继续运动数小时，在此期间又碰撞无数次，实验物理学家记录下最神奇的碰撞及其产生的粒子。

数小时后，强度减弱，要从加速器中取出剩余的质子束并放入新的质子束。

特别走运的时候，这个周期会持续一整天。

现在，为了更好地理解发生的一切，我们暂且假设质子能说话，戴着一块表，能和LHC的中央控制室沟通，就像动画片里一样。

我们来想象一下这个奇怪的对话：“质子，质子，这里是主控，该出来了。”

“啊，已经到时间了吗？怎么可能？我们玩得正开心呢！

你确定吗？我们刚进来没多久啊。”

“没错，时间到了，你们都玩了超过24小时了，也让别人开心开心啊。”