电子轰击的应用 科学家用比太阳亮一千万亿倍的激光撞击电子，阻挡接近光速的电子

科学家用比太阳亮一千万亿倍的激光撞击电子，阻挡接近光速的电子

激光

使用一束比太阳亮一千万亿倍的激光，物理学家首次成功阻止了以接近光速运动的电子。这项实验产生了一种量子力学现象——辐射反应，这种现象先前只被认为发生在黑洞和类星体周围。

电子是原子中带负电荷的粒子，围绕着原子核运动。它们的运动能给电子设备提供能量，它们也可以被操纵形成电子束。

当科学家向高能电子束发射一束超强激光时，这会使电子剧烈振动，并使其辐射出能量，从而导致运动速度下降。参与了这项研究的科学技术设施委员会的中央激光设备研究员Dan Symes博士表示，这样的实验实施起来非常复杂。

辐射反应

科学家使用两束同步的高功率粒子束，一束是高能电子流，另一束是光子。在实验中，激光被聚焦为几微米宽，从而使能量变得高度集中，亮度可达太阳的1千万亿倍，但持续时间仅为4亿亿分之一秒。然后，科学家把这束能量极高的激光与非常接近光速的电子束相碰撞。结果发现，电子的运动速度大幅降低。

参与这项研究的兰卡斯特大学的物理学家Alec Thomas教授表示，电子被宽度仅为头发几分之一的激光阻止了，这样的效果如同用几毫米的铅板挡住电子。研究人员表示他们实验是可行的，这是因为激光在发生碰撞之后，转变为伽马射线。

激光和电子发生碰撞

当物理学家检测到非常明亮的高能伽马射线时，他们知道两束粒子成功发生碰撞。研究人员把检测结果和碰撞之后电子束的能量进行比较，结果发现电子能量低于预期，因为光子夺走了电子的能量，这是辐射反应的确切证据。

目前，这项研究结果已经发表于《物理评论X》（Physical Review X）杂志上。

对撞机能用来做什么？

近日，我国环形正负电子对撞机研究工作组对外发布了概念设计报告，中国科学院高能物理研究所相关负责人表示，环形电子对撞机可以帮助人们进一步了解希格斯粒子性质、宇宙早期演化、反物质丢失、寻找暗物质等一系列未解的关键科学问题，并寻找新的物理规律。

正负电子对撞机是一种粒子加速器，粒子加速器这个东西，其实在我们每家每户的房间中都有，比如电视和电脑里面。电视和电脑屏幕中的阴性射线管就是一种粒子加速器，阴性射线管从阴极提取中电子，然后对电子加速并改变它们的方向，让电子撞击到屏幕，最终在显示器上产生亮点。这样的原理，适用于各式各样的粒子加速器，包括人们所说的电子对撞机，简言之，粒子加速器的作用就是让不同粒子撞在一起。

不同粒子撞在一起会发生什么呢？两个粒子相撞，不仅运动状态会改变，还可能会再转化成其他粒子，人类就是用这个方式打开了原子，发现里面存在的各种奥秘。

1898年，被后世称为原子物理学之父的英国物理学家卢瑟福，发现铀和铀的化合物所发出的射线有两种不同类型，一种是极易吸收的，另一种有较强的穿透能力，于是卢瑟福用希腊字母给两种射线命名，前者叫 α射线，后者叫β射线。1910年，卢瑟福用α粒子轰击原子发现了原子核，4年后，他又用α粒子轰击氢原子，结果把电子给打掉了，于是人类发现了质子。再后来，卢瑟福继续拿α粒子轰击氮原子，把质子从原子核里打出来，于是氮原子变成了氧原子……

后世的科学家在研究粒子时，大多也是遵循卢瑟福的路数，就是用粒子不断轰击，最终不断发现新粒子。不过，想把更深层次的粒子轰击开，就需要更高的速度、更高的能量，对撞机就由此而来，将两束粒子加速到很高的能量并使之相向碰撞。经过一个世纪的研究，包括粒子对撞和空间探索，人类发现了几百种微观粒子，相互作用的类型也不一样，当然，基本粒子只是少数的十几种粒子。

粒子构成了物质世界，研究构成物质和宇宙世界的粒子，已经成为人类物质世界最前沿的科学。从上世纪60年代人类建造各式电子对撞机开始，随着仪器更新换代，对撞的能量也越来越大，发现也随之增加，通过对撞机取得的科学成果，许多已经改写了人类对物质世界的认识。

目前，世界上最知名的对撞机，是位于法国、瑞士边境地区的欧洲大型强子对撞机，这台机器不仅是当时世界上最大的粒子加速器，也是最大的机器。运转欧洲大型强子对撞机的是欧洲核子研究组织，拥有世界上最大的粒子物理学实验室，这个实验室还诞生了一个我们今天都在用的工具：万维网，就是输入网址时，前面的3个“W”。

2012年，欧洲大型强子对撞机发现了对物理学至关重要的“上帝粒子”——希格斯粒子，开启了粒子物理学研究的新时代。希格斯粒子被称为基本粒子理论大厦的基石，对其的研究会影响到人类对微观粒子和宏观宇宙的认识。

我国第一座高能加速器是1988年首次对撞成功的北京正负电子对撞机，被称为世界八大高能加速器之一，今年是这一加速器成功对撞40周年。在过去的40年，北京正负电子对撞机对我国的高能物理研究作出了很大的贡献。新的环形正负电子对撞机概念设计报告发布，意味着相关加速器、探测器和土木工程基本设计已经完成，未来将关注对撞机的关键技术和原型机研发。(舒年)

相关问答

电子轰击原子核通常会引起电子和质子散射或原子核内部的共振,从而导致核能级的变化。这种反应可用于研究原子核的结构和性质,如原子核大小、形状等。此外,电子...

[最佳回答]可以激发出光子;电子轰击金属板时,和金属板上的电子碰撞,碰撞的结果如果俘获合适的能量(两个能级差的能量),该电子就会从低能级跃迁到高能级,而成为...

[最佳回答]中子不带电,不能用外加电场或磁场对其进行加速,可采用加速后的电子轰击中子使之加速,也可用光子轰击使之加速麻烦采纳,谢谢!中子不带电,不能用外加...

因为动能的大小与质量的一次方成正比,与速度的二次方成正比。而同样磁场动力,质量越小,速度越快。即:为了获得足够的能量,就要尽量提高速度,所以轰击电子用...

调谐指示管6E5C的荧光屏涂有荧光粉,荧光屏接直流高压,在电子轰击下可发出绿色荧光,调谐指示管的指示部分和放大部分三极管做成复合管,三极管屏极接控制棒,可...

控...为了使F—H管内保持一定的汞蒸气饱和蒸气压,实验时要把F—H管置于控温加热炉内。加热炉的温度由控温装置设定和控制。炉温高时,F—H管内汞的饱和蒸气压...

[回答]原子中电子获得适当的跃迁能量即可被激发,例如用光子,电子等轰击.电离属于激发

用光子轰击原子核引起的核反应。早期利用放射性同位素或带电粒子轰击所放出的高能光子实现。后期主要是用加速器提供的高能电子轰击钯产生轫致辐射以所获得的...

[最佳回答]电子与原子作用使其跃迁,电子的能量应大于两能级差值.本题中据分析有两种情形,一是要使原子从基态跃迁到n=6的激发态,故电子的能量应大于E6与E1间的...

[最佳回答]最高激发态量子数之差和最高能级量子数之差相同,因此设氢原子原来的最高能级为n,则调高后的能级为(n+△n),则有:(n+△n)(n+△n−1)2-n(n−1)2=5,即:...