強子對撞機里的粒子接近光速,那麼質量會不會變得接近無窮大?

“加速器”這個概念是從歷史上沿襲下來的,人類早期製造的粒子加速器能量都很低,低到將粒子加速後甚至不用考慮相對論效應。粒子經過那樣的加速器加速後能夠明顯增加速度,故名“加速器”。

強子對撞機裡的粒子接近光速,那麼質量會不會變得接近無窮大?

如果現在給加速器命名,它更可能被叫做“加質器”或“加能器”,因為它們明顯改變的不是粒子的速度,而是粒子的質量或者能量。你現在看到的加速器,往往只會告訴你能夠將粒子的能量提高到多少。

根據狹義相對論,真空中的光速(c)是最快的速度,其大小被定義為299792458米/秒。沒有靜止質量(m0)的物體會以光速運動,比如光子和膠子。而有靜止質量的物體不能達到光速。

強子對撞機裡的粒子接近光速,那麼質量會不會變得接近無窮大?

只有當物體的速度無限接近光速時,運動質量才會趨於無窮大。即便是當今地球上最為強大的粒子加速器——大型強子對撞機,目前也沒有能力把粒子加速到無限接近光速。在大型強子對撞機全功率運轉的情況下,它能夠使質子(質量為1.67×10^−27千克)獲得7 TeV的能量。

所謂強子對撞機,就是將粒子加速,然後相互衝撞,不過這裡的粒子前提是:參與強相互作用的,且要帶電,比如質子。

而現在強子對撞機,比如歐洲的LHC,可以將質子束加速到99.9999991%的光速,在這等速度下,粒子的質量已經變為原來的7454倍,這已經是最大功率了。

強子對撞機裡的粒子接近光速,那麼質量會不會變得接近無窮大?

質子的速度從光速的99.99%增大到光速的99.99………99%(100個9),速度變化並不大,但是需要的能量卻是高的驚人,高到把整個宇宙都填進去也要差好多數量級。根據相對論的質量速度關係式,粒子被加速後,質量就會增大,質量增大了等效為能量增大了。粒子的能量不是無緣無故增大的,是加速器給它提供的能量。加速器能夠給粒子提供的能量是有限的,粒子的能量不會趨於無窮大。

加速器早已不能明顯提高粒子的速度了,但是提高粒子的能量或者質量還是有很大的空間。人類製造的加速器能夠給粒子提供的能量還遠遠不及宇宙射線中一些粒子的能量,能量很高的宇宙射線是怎麼來的還是一個未解之謎。


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