为物理学将一个 50 英尺的磁铁运送到美国各地

从纽约出发,绕过佛罗里达州,沿着密西西比河向上,这一切都是为了研究一种寿命只有二百万分之一秒的亚原子粒子。
用于运输μ介子g-2环的卡车的模型,放置在街道景观中以示比例。当卡车从纽约的布鲁克海文国家实验室移至驳船,再从驳船移至伊利诺伊州的费米国家加速器实验室时,将有警察和其他车辆护送。

去年夏天发现了希格斯玻色子之后,粒子物理学家们正在探索新的途径来帮助揭示宇宙的运行方式。但最精密的物理学实验需要巨大的设备,这些设备昂贵且难以建造。与其从头开始建造,不如由美国两个顶尖的物理学实验室重新利用一些旧设备。将它们转移到一个新家本身就是一项艰巨的任务。

在芝加哥郊外,费米国家加速器实验室曾是世界上最强大的粒子加速器的所在地。在其传奇的Tevatron关闭后,费米实验室的科学家们开始将目光投向μ介子。μ介子是带负电的亚原子粒子,比电子重得多,它们之所以有趣,有几个原因,比如它们极其短暂的寿命:它们只持续220万分之一秒。

μ介子像陀螺一样摇摆,当它们处于磁场中时,它们开始旋转。它们运动的方式,称为旋磁进动,可以告诉物理学家们非常有趣的事情。在布鲁克海文国家实验室,物理学家们已经有了一个测量μ介子的装置,所以费米实验室的科学家们很幸运。只是这个装置是一个重达600吨、直径50英尺的环形装置,配有低温冷却的磁铁——这可不是一件容易运输的东西。

去年秋天访问费米实验室时,我从一个名为Muon g-2的新μ介子实验的项目经理Chris Polly那里了解到这个装置。他似乎丝毫不为将巨大的μ介子环从纽约运到伊利诺伊州北部的前景感到担忧。毕竟,我们有五大湖和密西西比河。

,布鲁克海文和费米实验室宣布了他们计划进行一次史诗般的驳船之旅来移动这个环。这次旅行将充满紧张,因为环形巨大的电磁铁的倾斜或扭曲不能超过几度,否则内部的电线将遭受不可修复的损坏。它将于6月从纽约港出发,沿着东海岸,绕过佛罗里达,沿着墨西哥湾沿岸向上,并在7月沿着密西西比河向上航行。

一旦抵达伊利诺伊州,这个环将被放置在一个为此目的而特别建造的卡车上。去年秋天,费米实验室的科学家们测量了该州的收费站,以确保它能够通过。它能通过——就像Polly当时告诉我的那样,只有四英寸的间隙。为了最大限度地减少交通延误,它将在夜间行驶。

布鲁克海文国家实验室

抵达后,科学家们将重新组装所有部件,并开始使用粒子加速器产生μ介子,这些μ介子将在其中高速旋转。“这就像是它们的围栏;它们以光速前进,”Polly说。

Muon g-2将研究在亚原子尺度上发生的一些不寻常的量子效应,Polly称之为“一个非常奇怪的世界”。粒子会不断地出现和消失,而重的μ介子可以激发它们出来。费米实验室一个新的μ介子园区将能够产生新的μ介子束,最终进入布鲁克海文储存环。该环会产生一个极其均匀的磁场,这将使像Polly这样的物理学家能够观察到粒子的奇特回旋以及可能的新物理学。

与电子一样,μ介子也属于轻子家族。这意味着它们不像质子和其他强子那样是由其他部分组成的。当强子碰撞时,它们会分裂成它们的组成部分;当轻子碰撞时,更多的能量会转化为碰撞,产生奇怪的物质状态。微小的μ介子是费米实验室未来的重要组成部分。

Muon 2-g计划于2016年开始采集数据。

 

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丽贝卡·博伊尔是一位屡获殊荣的自由撰稿人,她撰写关于天文学、人畜共患病以及介于两者之间的各种主题的文章。她是《大西洋月刊》的特约撰稿人,她的作品经常出现在《大众科学》、《新科学家》、《FiveThirtyEight》、《连线》以及许多其他面向成人和儿童的出版物上。丽贝卡在科罗拉多州长大,离太空更近一英里,现在住在圣路易斯,靠近大陆两条最强大的河流的交汇处。

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