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二战的钢板和弹壳是废品?迷信家用来探测奥秘粒子

发布者:李楠
导读出品|网易迷信人栏目组 翟中超图注:二战时前苏联留下的黄铜炮弹弹壳。后来这堆弹壳归入到欧洲核子研讨委员会(Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire)紧凑渺子线圈(Compact Muon Solenoid,简称CMS)探测器实验当中。100万枚俄罗斯炮弹弹壳协助迷信家发现了希格斯玻色子(Higgs boson)。在全世界范围内,第二次世界大战遗留的武

出品|网易迷信人栏目组 翟中超

二战的钢板和弹壳是废品?科学家用来探测神秘粒子

图注:二战时前苏联留下的黄铜炮弹弹壳。后来这堆弹壳归入到欧洲核子研讨委员会(Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire)紧凑渺子线圈(Compact Muon Solenoid,简称CMS)探测器实验当中。

100万枚俄罗斯炮弹弹壳协助迷信家发现了希格斯玻色子(Higgs boson)。在全世界范围内,第二次世界大战遗留的武器成为物理学奥秘实验的帮手。

在上世纪90年代中期,物理学家需求少量的、性质足够弱小的金属来接受紧凑渺子线圈探测器发生的宏大磁场。CMS探测器大小好像房屋,是瑞士日内瓦大型强子碰撞型减速安装上的一个粒子探测器。迷信家决议选用高质量的黄铜来停止实验,但从哪才干搞到这么多黄铜呢?

虽然俄罗斯迷信界在上世纪90年代处于挣扎期,但参与到国际CMS协作的俄罗斯迷信家依然想提供本人力所能及的协助。其中一位迷信家想到坚固的炮弹弹壳能满足探测器的需求,在其恳求之下,一名俄罗斯海军指挥官赞同将二战遗留上去的炮弹弹壳交给CMS项目的迷信家。这些迷信家停止的实验需求600吨黄铜!2009年,大型强子对撞机启动,在CMS探测器的协助下,该安装完毕了此前长达50年、耗资数十亿美元的研讨,并于2012年发现了希格斯玻色子。

证明最根本的物理定律相当消耗财力。就目前而言,搜索根本粒子的实验能够需求破费数十亿美元,所以安装的回收应用也就很罕见了,此外某些零部件也常常在机器之间交流运用。那些最后为医学成像机器而造的磁铁可以用于核物理研讨。有时,和平遗留上去的安装或弹壳最初又参与到一些十分重要的物理实验当中。几位诺贝尔奖得主就借此塑造了我们对宇宙运作方式的古代性了解。

二战遗留下许多可用之物,比方说大型战舰上数百毫米厚的钢板以及开展核武器的剩下的资料。迷信家经过团体人脉或是请求政府盈余设备,还可以经过其他机密渠道取得相应设备。少数状况下,这些零部件都是收费赠送,不过不包邮,运费得本人付哦。

在美国,战后设备的再应用通常会用到服役舰船的钢制装甲板。舰船的钢板能抵挡炮弹的攻击,而在上世纪60年代至70年代时期任务的粒子物理学家就应用这些钢板来屏蔽背景辐射。

“物理学家需求少量高密度资料。他们想搞到这些东西而且还不能花太多钱,他们还思索过用泥土或汽车车皮,但是想要更好地停止屏蔽一些不需求的粒子还得用钢板。”来自伊利诺伊州费米国度减速器实验室(Fermi National Accelerator Laboratory)的瓦莱丽・希金斯说道。

天助物理学家也,这种钢板不只廉价而且还很厚。1962年,纽约布鲁克海文国度实验室的美国物理学家利昂・莱德曼、杰克・施泰因贝格尔和梅尔文・施瓦兹能够是第一批将如此少量的战后金属归入实验的团队之一。这三位迷信家希望借此能更好地研讨中微子。中微子是十分微小又十分罕见的粒子,但是大少数实验却检测不到,由于这种粒子简直不与普通物质互相作用,可以说中微子就像鬼魂幽灵普通。

研讨这些奥秘粒子的特性需求首创性的考虑。物理学家以为他们可以应用布鲁克海文交变梯度同步减速器的质子束来轰击一大块目的金属铍。这将招致不同粒子的簇射。在粒子簇射和最初探测器之间放置钢板将确保只要中微子能穿过。

除了省钱,这堆钢铁之所以能在粒子物理学研讨中发扬作用还有另一个缘由。这就谈判一个名词即“低背景钢”。最后是原子弹实验以及1945年广岛长崎原子弹的爆炸,接上去热战初期也停止了核武器实验,世界各地的背景辐射程度因而都在上升。由于消费钢铁会运用到大气,所以古代钢铁遭到了放射性核素的净化。而原子弹爆炸前消费的钢铁没有蒙受这种核净化所以被称为低背景钢。杜克大学物理学家菲利普・巴尔博的实验中就运用了低背景钢,他还表示新产的钢通常遭到了放射性钴净化。巴尔博说道“古代钢铁的放射性并不算强,但关于高精度物理实验来说还是不必为妙。”

二战的钢板和弹壳是废品?科学家用来探测神秘粒子

图注:一封费米实验室的函件。这封信写于1974年,信中讨论到军舰钢板的用处。(图/费米实验室)

低放射性关于粒子物理研讨是至关重要的。而放射性又是某些物质的特性,比方说重金属就会自发放射出高能粒子。假如金属屏蔽罩的放射性太强,就能够招致实验检测呈现误报,比方说新出的粒子能够来自于屏蔽罩而非实验自身。

特殊的中子束和战舰钢板协助莱德曼及其团队取得了1988年的诺贝尔奖。莱德曼团队不只设计了一种研讨这些奥秘粒子的全新办法,他们的安装还协助迷信家发现了一种全新的、被称为“μ中微子”的物质。

“利昂不断诧异于这一发现。这些粒子就这样呈现了,我不能确切地晓得他是从哪儿发现这种粒子的。”费米实验室伊利诺伊州减速器研讨中心主任、利昂的前同事罗伯特・凯普哈特说道。凯普哈特回想起利昂曾搞到一支16英寸(406.4毫米)口径的战舰炮管并用该炮管过滤掉以错误角度挪动的粒子。利昂的一个身体肥大的研讨生先生刚好可以钻进该炮管。

“哈哈,我很难再找到‘口径’那么小的研讨生了,”利昂打趣道。

其他物理学家也认识到,他们可以在任何有需求的中央运用厚钢板将环境辐射隔离到探测器之外或许避免粒子逃离。到上世纪70年代,位于伊利诺伊州巴达维亚的国度减速器实验室(费米实验室的前称)取得了少量战时钢材用于实验屏蔽器和滤器,这些设备最终协助迷信家发现了全新的粒子。

少量的战时舰船在物理学实验中再次重现。“利昂・莱德曼的诺贝尔获奖发现就运用了事先曾经服役的密苏里号战舰的钢板,”卡洛・琼蒂和金姆在《中微子物理学和天体物理学根底》教科书中这样写道。费米实验室的推销单显示了粒子科研对重型和轻型巡洋舰钢材的少量需求,比方福尔河号、阿斯托里亚号、罗诺克号和托皮卡号舰船。

“用的大多是舰船吃水线四周或是吃水线下方的钢盾,这局部钢板之所以这么厚是为了防范鱼雷的攻击,这样方有幸存的能够,”物理学家约翰・皮普尔斯解释道。皮普尔斯早在1971年就开端在费米实验室任务并于1989年继莱德曼之后成为实验室主任。

二战的钢板和弹壳是废品?科学家用来探测神秘粒子

图注:一份军舰钢材订购单,订购量高达197吨。(图/费米实验室)

在上世纪70年代,只需有海军军舰服役,那么动力研讨和开展管理局(Energy Research and Development Administration ,简称ERDA,该机构后来和另一机构兼并为美国动力部)就会告诉费米实验室及类似的实验室。“费米实验室研讨部门会请求对实验有用的钢板,然后美国动力研讨和开展管理局就要求这些钢材要为实验保存。”一封1975年费米实验室的时势通讯报道这样写道。

费米实验室最终取得了许多“设备”。费米实验室用于探究夸克的万亿电子伏环形粒子减速器于2011年服役,探测器的地下局部就运用了少量战舰钢材。科研人员把钢板当做滤器甚至做成磁铁。当迷信家认识到他们需求更多的屏蔽安装,他们就开端把整个未运用的磁铁埋在探测器四周的土地中。“财富清册上有许多偶极磁铁,”凯普哈特说道。皮普尔斯坚决的以为把磁铁埋起来和放在仓库里是一样的。“我晓得这些磁铁埋在哪儿。虽然埋起来了,但它们不断都在地下。”凯普哈特回想起皮普尔斯的观念。

想要挪动或处置这些磁铁是颇有难度的。费米实验室粒子物理部门主任乔纳森・刘易斯解释说这些东西虽然不要钱,但光是把它们转移到实验室的轮船运费能够就很贵。而且你要记住,舰船就是靠钢盾镀层来抵挡水雷的。“想要处置这些设备很难,我在车间处置这些东西时很是小心。”杜克大学巴尔博说道。“你得焊接住,而且焊接很风险,需求把金属消融掉然后再停止。但它的防弹功能确实极强,让我们持续发扬它的专长吧。”巴尔博说道。

另一些迷信家在实验中异样运用了这种钢铁但是没能获得相反的成功。“偶然也会有钢铁含有些许放射性金属,这是含钍焊条辐射的后果,”美国太平洋东南国度实验室(Pacific Northwest National Laboratory,简称PNNL)的物理学家、初级研讨员托德・霍斯巴赫解释道。甚至有些没用放射性焊条的钢材也具有绝对较高的辐射性。这种状况在霍斯巴赫的实验中尤其分明,而这些钢材就埋在南达科他州霍姆斯特克矿区地下深层。

最终,霍斯巴赫团队转用特制品,如高质量的铜和其他金属。从基本上说,能否运用钢板既要思索到本钱,也会依据实验对背景辐射的要求。“每种状况各不相反。而如今为了满足规范低背景辐射探测零碎的要求,我们普通不必原子弹爆炸前的钢材来做最内层的屏蔽。但是在外层屏蔽层或许支撑构造的局部能够会用到低背景钢。”霍斯巴赫说道。

相关实验不只会用到战时钢板。凯普哈特的实验运用到了核武器研讨剩下的铍。依据另一份1975年费米实验室的通讯显示某项目运用了来自加州导弹实验设备的冷却零碎。

布鲁克海文搜索中微子研讨小组的迷信家持续着他们的研讨。施泰因贝格尔搬到了欧洲核子研讨委员会任务,但他仍会访问费米实验室。施瓦兹在2006年逝世了。利昂・莱德曼和他的妻子住在爱达荷州,但最近被诊断出患有聪慧症后,利昂以近80万美元的价钱卖掉了他的诺贝尔奖章,他需求用这笔钱领取医疗费用。

即使是明天,和平留存的配备在粒子物理实验室依然扮演着重要的角色。巴尔博在杜克大学的实验中常常会用到奇特的金属(包括古罗马的铅),他还在杜克大学校园一座楼前面发现了许多战舰钢材。田纳西州橡树岭国度实验室的多项实验用到了这些东西。其中的相关实验就发现了中微子和整个原子核之间的互相作用,而此前迷信家以为不能探测到这种作用。此外,紧凑渺子线圈探测器和俄罗斯炮弹弹壳也是个典型例子。

关于粒子物理学家来说,谜团仍然存在。能否存在全新的、我们尚未发现的根本粒子呢?我们曾经发现的粒子又详细什么性质呢?为什么我们的宇宙中含有这样的粒子?这些粒子虽然无比微小但其特性看上去又极具规则,这是随机概率的后果吗?中国和日本都方案建造新的、宏大的对撞机。欧洲核子委员会提议的大型强子对撞机( Large Hadron Collider)能够需求100公里长的隧道停止实验。你可以和人打赌,这些实验还将会用到回收部件。有些部件是和平机器,而今却演出了战争的续集。