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LHC 详细说明
技术挑战
重要参数
在 LHC 中，质子碰撞所产生的能量可以达到 14
特电子伏特，是以往的加速器的 10
倍。但是，仅仅只有能量是远远不够的。如果要想保证一个有效的实验，比如说完成
LHC
所计划的探索，还需要考虑一个很重要的参数：亮度。
碰撞的亮度是与每秒钟碰撞次数成正比的。然而，在以往的加速器中的碰撞亮度最多达到
L = 1032cm-2 s-1 ，在 LHC 亮度可以达到 L = 1034cm-2 s-1 。在每个环中注入
2835 群含有 1011 个粒子就可以达到这一点。
这种前所未有的能量和亮度给设计与运行带来了严酷的考验。
干扰效应
当粒子正在环行 4 亿圈时，有几种效应会使粒子束变弱，亮度变暗。让我们来看一下几个主要问题，以及
CERN 的科学家如何试着解决它们。
粒子束效应
当两群粒子在一个物理探测器中间相遇时，只有一小部分的粒子会迎头相撞，产生我们想要的结果。其他粒子会被反向的群的电磁力推偏离。这种偏离，对密集的粒子群效应更大。如果在每一圈的偏离都累积起来，很可能会导致意外的粒子损失。这种粒子束效应已经在以前的加速器中被研究过。实验表明，我们如果想使粒子束保存实验所需的更长的时间，粒子束的密度就不能超过一个极限。为了达到我们想要的亮度，LHC
需要尽可能地靠近这个极限。
集体不稳定性
当在 27 千米的 LHC
管道中以接近光速运行时，每一个质子群都会留下一个影响下一群粒子的电磁场。这可能会导致粒子束的丧失。这种集体不稳定性在
LHC
中会变得更严重，因为为了达到更高的亮度，我们需要更大的粒子束。仔细地控制在粒子束周围的元素的电磁属性与利用改进了的反馈系统可以将这种效应减到最低。
混沌运动
除了已经提到的粒子束效应以外，引导以及聚焦的电磁场如果稍微与线性预定有偏离的话，会导致粒子束有混沌效应。这样的话，在许多次环行后，粒子可能会丢失。
在 LHC
中，粒子注入能量中，不完美的电磁场产生的不稳定效应更为明显，因为缺陷的程度更大，粒子束占据环绕横截面的一个更大的部分。
解决它有两种途径：
1、我们必须估计动态孔（在要求时间内粒子束能保持稳定的环绕横截面部分）的大小，保证它比注入的粒子束横截面更大，并留下一道足够安全的边沿。
2、直到现在，还没有一个理论能充分精确地预言在非线性场中粒子束的长期行为。所以，我们用计算机模拟追踪数以百计的粒子一步步穿过
LHC
的磁铁上百万圈。模拟结果被用来确定在设计以及制造中电磁铁质量的可以容忍的偏差。
您能够在这里帮助我们！参加
LHC@home ，运行 SixTrack
程序，帮助科学家们对付混沌运动的影响！
熄灭
不管怎么细心，粒子束的寿命不会是无限的。也就是说，一部分粒子会散射到管壁并且丢失。在这种情况下，粒子的能量会在周围的金属材料中转化成热，又可能会导致需要低温的超导电磁铁“熄灭”。在
LHC 中 5000
个超导磁铁的任一个的熄灭，都会使机器的运行中断几个小时。为了避免这样的事情，一个瞄准系统会在不稳定的粒子碰到管壁之前捕获它们，从而限制在远离超导电磁铁的隔离区域内的损失。为了设计更有效的控制系统，安全工程师们正在用先进的电脑程序去研究耦合的磁铁受一次“熄灭”产生的热量的影响的分析。
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