科技愛好者427
科學邏輯是看不見的真相，迷信與實驗探測，是科學家的路線性錯誤，它 不會帶來什麼更有價值的進步
愛因斯坦也是民科二
歐洲核子研究中心的大型強子對撞機是目前人類能量最高的加速器。這是一個環形加速器，周長達到了27千米，運行起來耗電功率可以達到200兆瓦，能夠讓兩束正反質子加速到70000億電子伏特後迎頭相撞。
大型強子對撞機不論是消耗的能量還是給質子提供的能量，都已經足夠驚人，可是由於一些限制，加速器內粒子的能量比宇宙射線中一些粒子的能量還是有多個數量級的差距。這是由於很多因素限制造成的。
如果把用來加速粒子的能量集中在幾百、幾十個粒子上，甚至兩個粒子上，那效果肯定是驚人的。可是粒子的對撞截面實在是太小了，走完那麼大的圈之後在那麼小的地方發生碰撞，人類很難控制。目前對撞機已經能夠將粒子束的寬度控制在納米的數量級，卻仍然比粒子的尺寸高出6個以上的數量級。要想獲得更多的碰撞，只能增大流強，讓更多的正反質子在對撞機內加速。歐洲的大型強子對撞機工作時的耗電功率就能趕上一個城市的耗電功率，若是建造更大的對撞機就需要消耗更多的能量。
環形對撞機有一個明顯的劣勢，它會因同步輻射損失能量，並且損失的能量與束流能量的四次方成正比。這使得環形對撞機不可能將粒子的能量大幅提高。要解決同步輻射損失能量的問題，可以將對撞機建的“直”一些，這是為什麼要建周長更大對撞機的又一個原因。
即使是宇宙射線中的粒子，它的能量也會受到一定的限制。宇宙中充滿微波背景輻射，當粒子的能量超過一定值後就會和宇宙微波背景的光子發生交互作用，使得粒子的能量降低。這就是GZK極限。人類的對撞機目前還不奢求讓粒子的能量到達這個極限附近。
刁博
- 圖注：在圓環中加速粒子，用磁鐵使其彎曲並與其他高能粒子或反粒子碰撞，是探索宇宙新物理的最有力方法之一。為了找到大型強子對撞機所不能找到的，我們必須去尋找更高的能量和/或更高的精度加速器，而這需要一個更大的隧道。
在歐洲的地下深處，世界上最強大的粒子加速器安裝在一個周長約27公里的圓形隧道里。通過排出內部的所有空氣，以接近光速運動的質子以相反的方向循環，被推到有史以來人工創造的最高能量。在幾個點上，兩個內部光束儘可能緊密地聚焦並交叉，在這裡，通過的每一束質子都會發生少量的質子-質子碰撞。然而，每個粒子的能量最高約為7tev：不到我們從最高能量宇宙射線粒子觀測到的能量的0.00001%。
大型強子對撞機，為什麼這樣一個巨大的、強大得難以置信的機器不能把51焦耳的能量注入一個亞原子粒子？
當你看到我們在地球上所做的和在太空中所發生的事情時，根本無法進行比較。
- 圖注：當兩個質子碰撞時，碰撞的不僅僅是夸克，還有海夸克、膠子，以及超越這些的場相互作用。所有這些都可以提供對單個組件自旋的見解，並使我們能夠在達到足夠高的能量和亮度時產生潛在的新粒子。
像大型強子對撞機（LHC）一樣複雜複雜的機器，其工作原理異常簡單。質子和一般帶電粒子可以通過電場和磁場加速。如果你在質子運動的方向上施加電場，電場會對質子施加正力，使其加速並獲得能量。
如果有可能建立一個無限長的粒子加速器，而你不必擔心任何其他的力或運動，這將立即給我們一個理想的方法來創造任何高能粒子，我們可以夢想。把電場施加到質子上，這會使你的質子感受到一種電力，你的質子就會加速。只要磁場存在，你能向質子注入多少能量是沒有限制的。
- 圖注：一個假設的新加速器，不管是一個長的直線加速器，還是一個埋在地下的大隧道里的加速器，都可能使先前和現在的對撞機所能達到的對新粒子的精度相形見絀。即使這樣，也不能保證我們會發現新的東西，但如果我們不努力，我們肯定不會發現新的東西。一個完美的直線對撞機橫跨美國大陸可能有4500公里長，但需要下沉或上升數百公里以上的地球表面，以適應我們的星球的曲率。
大型強子對撞機使用的加速腔效率極高，每經過一米粒子可加速約500萬伏。然而，如果你想將“僅僅”51焦耳的能量注入質子，那就需要一個長600億公里的加速器空腔：大約是地球到太陽距離的400倍。
雖然這將使你獲得每個粒子大約320個五角電子伏特（eV）的能量，大約是LHC實際達到的能量的4500萬倍，但是建立一個跨越如此遠的距離的均勻電場是極其不切實際的。即使在美國最長的連續距離（接近 4，500 km）之間構建線性粒子加速器，也只能使每個粒子達到大約 22 TeV：僅比 LHC 更好。（由於地球的曲率，它將不得不在地球上方/地下數百公里上升/下沉）。
這就說明了為什麼最高能量的粒子加速器，也就是加速質子的粒子加速器，在結構上幾乎從來不是線性的，而是彎曲成圓形的。
- 圖注：未來環形對撞機（FCC）的規模，與目前在歐洲核子研究中心（CERN）的大型強子對撞機和以前在費米實驗室運行的Tevatron相比。未來的環形對撞機可能是迄今為止最雄心勃勃的下一代對撞機計劃，包括輕子和質子選項，作為其擬議科學計劃的各個階段。更大的尺寸和更強的磁場是“放大”能量的唯一合理方法。
當需要電場來把你的粒子帶到更高的能量並使它們接近光速的百分之零點幾時，磁場也可以通過將帶電粒子彎曲成圓形或螺旋形的路徑來加速它們。實際上，這正是大型強子對撞機和其他類似的加速器如此高效的原因：只要幾個加速腔，你就可以通過反覆使用它們來加速相同的質子來獲得巨大的能量。
然後，設置看起來很簡單。首先，在將質子注入LHC的主環之前，先以某種方式加速質子，然後它們會在那裡遇到：
- 直的部分，電場使質子加速到更高的能量，
- 彎曲的部分，磁場偏轉粒子的運動路徑，直到他們到達下一個直線部分，
重複這個直到你達到你想要的能量。
- 圖注：在大型強子對撞機內部，質子以299792455米/秒的速度相互通過，僅比光速低3米/秒。像大型強子對撞機這樣的粒子加速器由加速腔組成，在加速腔中施加電場以加速內部粒子，以及在環形彎曲部分施加磁場以將快速移動的粒子導向下一個加速腔或碰撞點。
那麼，為什麼用這個程序不能達到任意高的能量呢？實際上有兩個原因：一個在實踐中阻止我們，另一個在法則上阻止我們。
實際上，粒子的能量越高，彎曲它所需要的磁場就越強。這和開車的原則是一樣的：如果你想急轉彎，最好減速。如果你走得太快，輪胎和路面之間的作用力會太大，你的車會滑出路面，導致災難。你要麼需要減速，建造一條曲線更大的道路，要麼（不知何故）增加汽車輪胎和道路之間的摩擦。
在粒子物理學中，情況是一樣的，除了彎曲的隧道是彎曲的道路，粒子的能量是速度，磁場是摩擦力。
- 圖注：早在20世紀40年代，像戴維斯三輪車這樣的汽車就達到了這樣的穩定性，它們可以以每小時55英里的速度行駛而不會打滑。要跑得更快，你要麼增加與道路的摩擦，要麼增加你的圓的半徑，類似於粒子加速器的侷限性，要麼需要更大的環，要麼需要更強的場來達到更高的能量。
這意味著粒子的能量本質上是有限的，在實踐中，取決於你所建造的加速器的大小（具體來說，取決於它的曲率半徑）和使粒子彎曲的磁鐵的強度。如果你想增加你的粒子的能量，你可以建造一個更大的加速器或增加磁鐵的強度，但這兩個都是巨大的實際（和財政）挑戰；在能源前沿的一個新的粒子加速器現在是每代一次的投資。
然而，即使你能做到心滿意足，原則上你仍然會受到另一種現象的限制：同步輻射。當你對一個移動的帶電粒子施加磁場時，它會發出一種特殊的輻射，即迴旋加速器（用於低能粒子）或同步加速器（用於高能粒子）輻射。雖然這有它自己的實際用途，例如在阿貢實驗室的先進光子源中率先應用，但它從根本上進一步限制了被磁場彎曲的粒子的速度。
- 圖注：相對論性電子和正電子可以加速到非常高的速度，但會以足夠高的能量發射同步輻射（藍色），阻止它們移動得更快。這個同步輻射是盧瑟福多年前預言的輻射的相對論模擬，如果你用引力場和電荷代替電磁場和電荷，它有一個引力類比。
同步輻射的侷限性就是為什麼要達到最高能量，我們加速質子而不是電子。你可能認為電子是獲得更高能量的最佳選擇；畢竟，它們的電荷強度與質子相同，但質量僅為1/1836，這意味著相同的電力可以使它們加速近2000倍。對於給定的電場，粒子所經歷的加速度取決於粒子的電荷質量比。
但由於這種效應，能量被輻射的速率取決於電荷與質量之比與四次方的比值，這就限制了你能很快獲得的能量。如果大型強子對撞機是用電子而不是質子運行的，它只能達到每粒子0.1tev左右的能量，這與大型強子對撞機的前身大型電子正電子對撞機（LEP）實際遇到的極限是一致的。
- 圖注：歐洲核子研究中心的鳥瞰圖，其中描繪了大型強子對撞機的周長（總共27公里）。之前，同一個隧道被用來安置一臺電子-正電子對撞機LEP。LEP的粒子比LHC的粒子快得多，但是LHC的質子攜帶的能量比LEP的電子或正電子攜帶的能量要多得多。
要超過同步輻射的極限，你必須建造一個更大的粒子加速器；建造一個更強的磁鐵不會給你帶來任何好處。雖然許多人正試圖構建下一代粒子對撞機，利用更強大的電磁鐵和更大的環半徑，人們所夢寐以求的最大能量仍然只有約100 TEV每碰撞：這仍然是一個比宇宙本身能產生的低百萬倍。
從根本上限制了粒子在地球上獲得的能量的物理仍然存在於太空中，但是宇宙為我們提供了地球實驗室永遠無法實現的條件。地球上產生的最強磁場，比如在國家高磁場實驗室，可以接近100噸：比地球磁場強一百萬倍多一點。相比之下，最強的中子星，即磁星，可以產生高達1000億噸的磁場！
- 圖注：一顆中子星是宇宙物質密集集集的一種，它通過加速物質產生強大的磁場脈衝。我們曾經發現的快速中子星星是一顆脈衝星，每秒鐘766次。然而，現在我們有了一張從NICER,來的脈衝星地圖，我們知道這兩個極模型是不正確的；脈衝星的磁場更為複雜。
在太空中發現的自然實驗室不僅能加速質子和電子，還能加速原子核。我們曾經非常精確地測量過的最高能量宇宙射線不僅僅是質子，而是像鐵一樣的原子重核，其質量是質子的50倍以上。宇宙射線中能量最高的一束，俗稱“哦，我的上帝”粒子，很可能是一個在極端天體物理環境中加速的重鐵原子核：圍繞著一顆中子星，甚至是一個黑洞。
我們能在地球上產生的電場根本無法與這些天體物理環境中發現的加速場的強度相提並論，在這些環境中，比我們整個太陽系包含的更多質量和能量被壓縮成一個體積，大約有一個像茂宜島這樣的大島那麼大。沒有同樣的能量、環境和宇宙尺度，地球物理學家根本無法與之競爭。
- 圖注：來自具有極強磁場的中子星（磁星）的最高能量爆發可能是一些有史以來觀測到的最高能量宇宙射線粒子的原因。像這樣的中子星質量可能是太陽的兩倍，但被壓縮成與茂宜島相當的體積。
如果我們能擴大我們的粒子加速器的規模，就好像成本和建設不是目標一樣，我們有一天可能希望能與宇宙提供的相匹配。有了可以與我們現在在大型強子對撞機中所擁有的磁鐵相媲美的磁鐵，環繞地球赤道的粒子加速器可以達到大型強子對撞機所能達到的能量的1500倍。延伸到月球軌道大小的能量將達到大型強子對撞機所能達到的近10萬倍。
再往前走，一個地球軌道大小的圓形加速器最終會產生質子，其能量達到了上帝的粒子：51焦耳。如果把粒子加速器一直放大到太陽系的大小，理論上你可以探測弦理論、膨脹，並從字面上再現大爆炸級別的能量，有可能導致宇宙末日。
- 圖注：如果我們真的想用我們建造的粒子加速器獲得最高的能量，我們就必須開始在比整個行星更大的尺度上建造它們；也許去太陽系尺度是不應該被忽略的事情。
現在，也許不幸的是，這些將仍然是物理學愛好者和瘋狂科學家的夢想。實際上，地球上的粒子加速器，受尺寸、磁場強度和同步輻射的限制，根本無法與我們自然宇宙提供的天體物理實驗室競爭。
科技領航人
看來閣下來自區域文化範疇內的!哈哈😄語言邏輯還是嚴密的。。
要說粒子加速器原理和現實設備的具體，這都是專家的所為了！在這裡只能談自己的此前看法。
對於電感電容電路而言，總會有一個充放電過程，這個過程約束充放電的時間過程。
任何材料，包括電力設備的性能都是有區間對應性的，甚至有極限，人為客觀條件的極限。
人類所能夠營造的真空環境是有限的，甚至達不到地球兩百公里以外的真空效果。
人類量化粒子，加速粒子的方法扔比較有限，沒有更好的方案使得粒子體現於電流的同行。
我說這些是人們從事這項實驗的困難關口。實際的問題是，你把玻璃杯摔碎，就一定能夠得到玻璃分子嗎！如果拿玻璃分子加速碰撞，得到的一定是組成玻璃的原子了？物質的慣性碰撞必然得到慣性物質的就是。如果期待所謂的粒子碰撞設備碰撞出自己理想的介質存在，那麼你必須每天的進行，通過十年八年的實驗，也許或有規律性的表示。這個表示請你不要期待，是基本粒子的體現，也許是粒子團的這樣那樣的組合。
電力轉換的效率很高，可是仍是電能的百分之九十八吧！磁化空間以及介質都需要能量的給予，以及給予的持續。
所以啊！用摔盤子希望得到基本粒子的發現的玩意而，基本是花錢的故事。。
聖劍17
為什麼有人說大型強子對撞機不能給粒子注入更多的能量？
邏輯問題。
但不是形式邏輯問題，而是辯證邏輯問題。
即：大型強子對撞機只能給粒子注入有限的能量，不能給粒子注入無限的能量。
這句話看似簡單，其實不然。
就像說“1+1=2”就是真理一樣……
.
