如果你的目标是发现一些全新的东西|欧洲核子研究中心的大型强子对撞机不能让粒子跑得更快的三个原因( 二 ) 如果你的目标是发现一些全新

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这是一个非常聪明的设置，并表明实验粒子物理学几十年来是如何使用许多不同类型的粒子（尤其是质子）完成的。大型强子对撞机是物理学界建造的最新、最伟大的加速器，与之前的任何加速器相比，它产生了更多的碰撞、更精确的测量和更高的能量。
然而，它也面临着根本的限制。尽管它已经升级，正在再次升级，并且计划在未来多次升级，但这些升级都不会将我们带到更高的能量：未来的基本发现可能还在等待。这些升级将在“产生更多碰撞”方面进行，其中更多的粒子——粒子物理学家称之为光度——聚集在一起并加速，增加了碰撞的数量。

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虽然这些升级意义重大，这意味着大型强子对撞机(LHC)在未来大约15年左右的时间里将需要迄今为止已经收集的累积数据量的30到50倍，但它们根本无法制造更快的质子或更有活力碰撞。以下是三个原因:
1.)磁铁强度。如果我们可以将我们的电磁体——让粒子保持圆周运动的“弯曲”磁铁——增加到任意高的场强，似乎我们可以继续加速这些粒子以越来越快的速度。绕最大的圆形轨道每转一圈，电“踢”就会使您达到更高的速度，同时磁场强度的相应增加会更严重地弯曲您的粒子。只要你的磁铁能跟上，你就可以不断增加粒子的速度，使其越来越接近光速。
对于质子这样的粒子，其质量与其电荷相比较大，这对磁铁来说是一项艰巨的任务。与低质量粒子相比，需要更强的磁铁将高质量粒子保持在特定半径的圆形轨道上，而质子的质量大约是电子的1836倍，而电子具有相同的电荷量。对于大型强子对撞机的磁铁，它们的最高强度约为8特斯拉，大约是之前的记录保持者万亿电子伏特加速器磁铁强度的四倍。

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不幸的是，这不仅仅是达到那个场强，而是精确地控制它、维持它，并使用它来完全弯曲这些粒子，因为它们需要弯曲。
大型强子对撞机的当前一代电磁体确实无法保持比这更强的场强，尽管国家高磁场实验室的研究已经在短时间内实现并保持了高达~45/75/101特斯拉的场强（取决于相关的设置和磁铁），并且长期高达32特斯拉，这是今年早些时候创下的新纪录。即使用液氦冷却，导致电磁体超导，也有一个物理极限，可以达到并保持长时间的场强。
为加速器配备一套新的电磁铁既昂贵又费力：任何此类升级都需要专门设计用于制造加速器所需磁铁的专业制造设施。还需要一套全新的支持基础设施。这一进步是导致在费米实验室发现顶夸克的主要升级——当时安装了新一代电磁体，创造了万亿电子伏特加速器——但随着目前大型强子对撞机上安装的技术，更高的场强根本不可能实现。

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2.)质子的荷质比。如果你可以操纵物质的本质，你可以想象在保持电荷不变的情况下降低质子的质量。尽管我们在这里讨论的是相对论，但牛顿著名的方程F=ma足以说明，在相同的场和相同的力但质量较小的情况下，您可以获得更大的加速度。我们有一个与质子带相同电荷但质量低得多的粒子：带负电的电子及其反物质对应物正电子。电荷相同但质量仅为1/1836的情况下，它可以更快、更轻松地加速。
不幸的是，我们已经在大型强子对撞机现在所在的同一个环中尝试了加速电子和正电子的实验：它被称为LEP ，代表大型电子——正电子对撞机。虽然这些电子和正电子能够达到比大型强子对撞机上的质子更快的速度——299,792,457.992m/s ，而质子约为299,792,455m/s——这些对应的能量比大型强子低得多对撞机的质子。