直線加速器,區(qū)別於人類以往大規(guī)模建造、使用的迴旋加速器,是一種更早出現(xiàn)、發(fā)展卻相對緩慢的粒子加速器。
利用電磁場加速帶電粒子,一種最直觀、容易想到的方案,就是將粒子路徑設(shè)置爲(wèi)直線,像槍炮那樣用電磁場推動粒子、在末端達到最大速度,這一方案最早出現(xiàn)於西曆1381年,但很快被迴旋加速器後來居上。
到舊時代末年,人類的最大粒子加速裝置,無一例外都是迴旋構(gòu)型。
受限於蓋亞表面的地質(zhì)條件,直線加速器的設(shè)計、建造,一干無法迴避的難題就是選址,以及因此導(dǎo)致的能級限制。
衆(zhòng)所周知,質(zhì)量超過一定限度的天體,必然是球形的。
作爲(wèi)球狀行星,很顯然,蓋亞表面並不存在任何天然的超長直線基址。
對人類而言,建設(shè)長度爲(wèi)幾公里的直線建築結(jié)構(gòu),在設(shè)計、成本與施工等方面還可接受,但在此基礎(chǔ)上再提升一、兩個數(shù)量級,代價就會大到難以接受,不僅成本飆升,一旦涉及到架空、或者穿透地殼,事實上就超出工程能力的限制。
簡單計算可知,若要在蓋亞表面建造一長度100公里的直線加速器,路徑兩端位於地表,則整條路徑的最低點將位於地下兩百米。
這意味著,要建設(shè)這樣一座加速器,就需要在地下鑽出至少幾十公里的隧道。
百公里長的直線加速器,代價,還能接受,但性能也很一般。
與迴旋加速器不同,直線加速器的加速過程是“一錘子買賣”,要想達到更高的能級,除提升場強外,唯一的辦法就是加大長度。
一直到今天,人類仍未在蓋亞表面,建造長度超過十七公里的直線加速器,
而且在可預(yù)見的未來,也不會再有。
設(shè)若要在蓋亞表面,建造超級直線加速器,譬如長度上千公里的一座基礎(chǔ)研究設(shè)施,那麼,路徑最低點就會到地下19.87公里.
在很多地方,接近二十公里的深度,還不會打穿地殼,但對照人類歷史上鑽探最深的“科拉超深井”之深度記錄——12,262~12,263米,這還只是大一個直徑幾十公分的洞,就應(yīng)該會明白,要在蓋亞表面的1,000公里直線加速器,
根本一點都不現(xiàn)實。
當(dāng)然,即便沒有可行性,人類總歸還是求助於“迴旋加速器”。
與一錘子買賣的直線加速器不同,迴旋加速器,藉助電磁約束與同步交變等技術(shù),可以很好的將不同速度之高能粒子束,禁錮在半徑不變的環(huán)形路徑上。
這樣一來,對整體尺寸有限、周長與直徑都沒有很誇張的迴旋加速器而言,
就有了將粒子束多次加速的機會。
通俗地講,如果說“直線加速器”,是體育場的一百米直線跑道、一次跑完比賽結(jié)束,那麼“迴旋加速器”,就是場內(nèi)的四百米環(huán)形跑道,只要規(guī)則允許,進行馬拉松比賽也完全可以,無非是增加圈數(shù)。
不過,由於粒子在高速(接近光速)狀態(tài)下,會因相對論效應(yīng)而產(chǎn)生一些質(zhì)量、性質(zhì)的變化,這給有效約束帶來了極大的困難。
結(jié)果則是,迴旋加速器的體積優(yōu)勢,與能級受限間的矛盾。
從粒子加速器的概念一提出,早期的科學(xué)家,就想出了迴旋加速的創(chuàng)意,多少年來也一直在這方面努力,但在舊時代末年,科學(xué)界普遍認(rèn)爲(wèi),要想達到更高的加速能級、探索物質(zhì)更深層的奧秘,
就只能將希望寄託在新一代直線加速器上。
舊時代的風(fēng)雲(yún)變幻、波瀾起伏,人類世界的滄桑鉅變,讓這一切都成爲(wèi)歷史。
今天,劫後重生的淨(jìng)土文明,則啓動了人類歷史上最雄心勃勃的“新一代深空粒子加速器”計劃,計劃在未來五十~一百年的時間裡,
建造長度達十萬公里、能級達到1,000,000,000,000,000,000電子伏的超級加速器。
粒子能量達到百億億電子伏,這一目標(biāo),已“相當(dāng)接近”人類有史以來偵測到的最高能粒子——一個想必來自宇宙深處的質(zhì)子,其能量高達3*10EXP20eV。
即便還沒有達到,但,比起舊時代末年的最強設(shè)施:“尤洛浦大型強子加速器”的7,000,000,000,000電子伏,也已經(jīng)提升了五個數(shù)量級,從而有望獲得新的實驗結(jié)果,繼而推動高能物理的發(fā)展。
十萬公里長的設(shè)備,加速電子、質(zhì)子等基本粒子,
這力量究竟會有多大呢。
換一種說法,這臺預(yù)計百年後才能完全竣工的龐大工程,可以向一個質(zhì)量僅爲(wèi)1.67*10EXP-27kg的質(zhì)子,貫注0.16焦耳的能量。
0.16焦耳,顯然,還是一個挺微不足道的概念,然而即便是這樣的能量,足以將一瓶五百五十毫升的礦泉水?dāng)E高三釐米——一個質(zhì)子這樣渺小的微觀粒子,具有的動能,足以將礦泉水?dāng)E起三釐米,
這是極其恐怖的概念。
十萬公里的“新一代深空例子加速器”,很顯然,蓋亞表面是無從承載,
而必須建造在太空中。
在蓋亞之外的廣袤空間,建造加速器,這是科學(xué)界多少年來的一個夢想,畢竟與蓋亞表面相比,太空一沒有大氣、無須抽真空,二沒有地殼、無須搞土建,
簡直就是任意馳騁、無拘無束。
不過,受舊時代人類之生產(chǎn)力水平的限制,這一宏偉設(shè)想,到今天才有望變爲(wèi)現(xiàn)實。
事關(guān)例子加速器,看起來,這似乎應(yīng)該是物理學(xué)家關(guān)注、解析的領(lǐng)域,但既然這座龐然大物將部署在太空,自然就與航天機構(gòu)大有關(guān)聯(lián)。