暗物质突破！大型强子对撞机刚刚成功地加速了它的第一批原子

瑞士和法国下方的大型强子对撞机刚刚将首批原子加速到接近光速的速度，其结果“超出了预期”。

这个测试是一个令人兴奋的概念验证，它可能会导致一系列突破性的实验，甚至可能产生新的物质类型，比如暗物质。

通常，大型强子对撞机以加速质子束在长达27公里(17英里)的隧道内以惊人的速度运行而闻名，它们会互相碰撞，看看会发生什么奇怪的、奇妙的、新的粒子。

LHC的实验导致了希格斯玻色子在2012年的发现，从那时起，它给了我们一系列奇怪的新亚原子粒子，给我们带来了新物理学的诱人暗示，也帮助我们确认了现实的极限。

但尽管进行了10年的实验，这是研究人员第一次不仅将原子核注入机器，而且还将铅原子注入一个电子。

这个实验是伽玛工厂的概念证明，它将使LHC变成一个伽玛射线工厂，能够产生大量的粒子，甚至是新的物质，比如暗物质。

大型强子对撞机的工程师Michaela Schaumann说:“我们正在研究如何拓宽欧洲核子研究中心目前的研究项目和基础设施的新思路。”

“发现可能性是第一步。”

在每年一度的冬季关闭前的四个星期里，研究人员每年都要进行实验，并将质子对撞换成原子核。

但今年，他们花了几天时间测试一种新东西——加速整个原子。

科学家们以前从未这样做过的原因是因为铅原子是易碎的，而且很容易意外地夺走电子，导致原子核撞到束流管的壁上。

像你想象的那样，把高能的原子束喷进一个由敏感磁铁包围的非常昂贵的机器里，并不理想。

在这个实验之前，物理学家们首先在LHC中加速了氙核，他们还在超级质子同步加速器中测试了部分剥离的铅离子，这是CERN的第二大加速器。

将铅原子注入LHC是最后一步。

在第一次试验中，研究小组注入了24束原子，并在LHC内部实现了一个小时的低能量稳定光束。

然后，他们把大型强子对撞机的功率调到最大，并维持了大约两分钟，直到它关闭。

Schaumann说:“如果有太多的粒子偏离了轨道，大型强子对撞机就会自动抛出光束。”“我们的首要任务是保护LHC及其磁体。”

在磁体复位后，研究小组又尝试了一次，只使用了6个原子束——这一次，他们能够让光束保持两小时的循环，然后故意将其丢弃。

物理学家Witold Krasny说:“我们预测，这种特殊类型的粒子束在LHC内部的生命周期将至少是15个小时。”

“我们很惊讶地发现，这段生命可以长达40个小时。”现在的问题是，我们能否通过优化准直仪的设置来在更高的强度下保持相同的光束寿命，准直仪的设置在这个特殊的运行过程中仍然为质子设置。

如果研究人员能够优化这些原子束，下一步将是用激光发射循环的原子，使电子跃迁到更高的能级。

当电子再次下降时，它以光的粒子的形式射出能量。

但在LHC内部，原子的运动速度将接近光速，因此粒子的能量将会高得令人难以置信，其波长将被压缩，将其变成伽玛射线。

这些伽马射线足够强大，可以产生诸如夸克、电子和介子之类的粒子。它们也能转化成巨大的粒子甚至可能是新型的物质，比如暗物质。

“它们也可能是新型粒子束的来源，比如介子束，”欧洲核子研究中心的一份新闻稿解释道。

我们还有很长的路要走，但这是令人兴奋的第一步，可能会在LHC开创科学的新时代。我们不能等待。