為了物理實驗,需要將一塊50英尺長的磁鐵運送到美國各地。 為了物理實驗,需要將一塊50英尺長的磁鐵運送到美國各地。

為了物理實驗,需要將一塊50英尺長的磁鐵運送到美國各地。

為了物理實驗,需要將一根50英尺長的磁鐵運送到美國各地。

自從去年夏天發現希格斯玻色子以來,粒子物理學家們正在探索新的途徑,以期揭示宇宙運作的奧秘。然而,最複雜的物理實驗需要龐大的儀器設備,這些設備造價昂貴且建造難度極高。為了避免從零開始建造,美國兩個頂尖的物理實驗室決定改造一些舊設備。而將這些舊設備搬遷到新的實驗室本身就是一項浩大的工程。

在芝加哥郊區,費米國家加速器實驗室曾是世界上最強大的粒子加速器的所在地。在著名的Tevatron加速器關閉後,費米實驗室的科學家開始將目光投向μ子,尋求未來的發展方向。 μ子是帶負電荷的亞原子粒子,比電子重得多,它們之所以引人注目,原因有很多,例如它們極其短暫的壽命:μ子的壽命只有2.2百萬分之一秒。

繆子像陀螺一樣擺動,當它們處於磁場中時,就會開始旋轉。這種被稱為旋磁過程的運動方式,可以為物理學家提供非常有趣的資訊。布魯克海文國家實驗室的物理學家已經擁有測量繆子的裝置,因此費米實驗室的科學家很幸運。只不過,這個裝置是一個重達600噸、直徑50英尺的環形裝置,內部裝有低溫冷卻的磁鐵——運輸起來可不是件容易的事。

去年秋天我去費米實驗室參觀時,從克里斯·波利那裡了解到了這個裝置。他是名為「μ子g-2」的新型μ子實驗的專案經理。他似乎對要把這個巨大的μ子環從紐約運到伊利諾州北部這件事毫不擔心。畢竟,我們有五大湖和密西西比河可以跨越。

本週,布魯克海文國家實驗室和費米實驗室宣布了他們計劃將磁環通過駁船運送至目的地的宏偉計劃。這趟旅程將充滿挑戰,因為磁環巨大的電磁鐵傾斜或扭轉的角度不能超過幾度,否則內部線路將遭受不可修復的損壞。磁環將於六月從紐約港出發,沿著東海岸南下,繞過佛羅裡達州,沿著墨西哥灣沿岸北上,最終於七月抵達密西西比河。

戒指抵達伊利諾伊州後,將被放置在一輛專門為此建造的卡車上。去年秋天,費米實驗室的科學家們測量了該州高速公路收費站的尺寸,以確保戒指能夠通過。正如波莉當時告訴我的那樣,戒指可以順利通過,只留有四英寸的間隙。運輸將在夜間進行,以最大程度地減少交通延誤。

布魯克海文國家實驗室

太空船抵達後,科學家會將所有零件重新組裝起來,並開始使用粒子加速器產生μ子,這些μ子會在太空船內部高速移動。 「這就像一個μ子的臨時容器;它們以光速運動,」波莉說。

μ子g-2實驗將研究亞原子尺度上發生的一些不尋常的量子效應,波莉稱之為「一個非常奇特的世界」。粒子會不斷地產生和消失,而重μ子可以誘使它們出現。費米實驗室新建的μ子實驗園區將產生新的μ子束,這些μ子最終會進入布魯克海文國家實驗室的μ子儲存環。這個儲存環會產生極其均勻的磁場,這將使像波莉這樣的物理學家能夠觀測到粒子的奇異旋轉,並有可能發現新的物理現象。

與電子一樣,μ子也屬於輕子家族。這意味著它們並非由其他粒子組成——這與質子和其他強子不同。強子碰撞時會分解成組成粒子;而輕子碰撞時,碰撞會產生更多能量,形成奇異的物質狀態。微小的μ子是費米實驗室未來研究的重要組成部分。

Muon 2-g計劃於2016年開始採集資料。