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粒子风暴是什么

发布网友 发布时间:2022-04-23 18:55

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热心网友 时间:2023-08-16 12:51

高能粒子是现代粒子散射实验中的炮弹,是研究物质基元结构的最有用的工具。而且可以说,到目前为止,几乎是粒子物理学家们唯一的工具,没有高能粒子的散射实验,近代物理几乎不会发展起来。早期的高能粒子来源于天然放射性元素如铀、镭等放出的高能射线。卢瑟福证明原子有核模型的散射实验用的就是镭放出的α粒子。后来的高能粒子源有所扩充,小居里夫妇发现了人工放射性,获得了诺贝尔奖,赫斯发现了能量极高的宇宙射线,与正电子的发现者安德森共同获得了诺贝尔奖(正电子是安德森利用云室从宇宙射线中发现的)。但从30年代开始,这些手段已经无法满足实验要求,50年代后,粒子加速器和对撞机等现代大型实验装置应运而生,大批粒子不断被发现。 加速器和对撞机的机理类似,都是利用电磁场来加速带电粒子。早期的加速器有高压倍加器、回旋加速器、静电加速器等,后来又相继发明同步回旋加速器、高能粒子对撞机、直线加速器、电子感应加速器等。经过了60多年的努力,使人工获得的高能粒子能量提高了8个数量级,从几百keV到几十个TeV。1930年,美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器,并因此获得了诺贝尔奖,但由于相对论效应,粒子的加速会使质量增大,从而只能使粒子获得几百keV的能量。同步加速器的发明克服了这一缺点,美国费米实验室的质子同步加速器轨道半径为1km,利用超导磁场,可将质子加速到1TeV。同步加速器产生的同步辐射进一步*了粒子能量的增大,故近年来物理学家们又开始发展直线加速器,因为直线运动的粒子没有同步辐射。20世纪的最后几十年是对撞机的时代,弱点统一理论预言的中间玻色子也在对撞机中被发现。欧洲质子对撞机对撞能量已达14TeV,并且已经开始建造更大型的对撞机,希望能够找到与质量起源联系密切的希格斯玻色子。对撞机还可以利用两个重粒子的对撞模拟宇宙大爆炸。电子感应加速器是一种利用感生电场来加速电子的新型加速器,同步加速器适合加速重粒子(如质子),但是很难加速电子,感应加速器克服了这一困难。如今感应加速器中产生的γ射线可以做光核反应研究,还可以用于工业无损、探伤和医疗等领域。先进的高能加速器和对撞机主要用于前沿科学,而低能加速器却已经广泛转为民用,在材料科学、固体物理、分子生物学、地理、考古等学科有重要应用。被加速的粒子可以通过辐照改变材料的性质或者诱发植物基因的突变培育新品种,可以诊断并治疗肿瘤,还可以生产大量同位素,用于工、农业生产。当然,加速器只能加速带电粒子,现如今广泛应用的中子探伤技术、中子干涉测量技术、中子非弹性散射等所用的中子是由核反应堆中产生的。 在高能粒子物理散射实验中,仅仅有高能粒子还不够,还必须有先进的粒子探测器来收集信息。粒子探测器是利用粒子与物质的相互作用原理来产生信号的。带电粒子在物质中运动的主要能量损失是电离损失,通过测量单位路程的能量损失可以判别粒子的类型。低能光子在物质中运动的主要能量损失是光电效应,其次较弱的因素还有康普敦散射、瑞利散射、布里渊散射、拉曼散射等,能量大于1MeV的光子能量损失主要原因是产生了正负电子对。高能电子入射到物质中时,由于突然减速,会产生高能轫致辐射,高能光子又会激发正负电子对……如此产生一连串的连锁反应,可以形成电磁簇射,簇射深度称为辐射长度,与粒子能量和介质密度有关,高能光子也可以形成簇射。当带电粒子在介质中的速度大于介质中的光速时,会产生一种类似于声学中的“冲击波”一样的辐射,称为切连科夫辐射。切连科夫因为发现这种辐射而获得了诺贝尔奖。 利用这些相互作用原理,针对不同的要求,可以设计出不同类型和功能的粒子探测器。较早的有威尔逊云室,后来又发明了气泡室、乳胶室、多丝正比室、漂移室等,最后又发明了切连科夫探测器。超级神冈中微子探测器是专门用来探测宇宙中最难束缚的幽灵:中微子的,探测器用了50500吨水作为切连科夫探测器,探测到的光(切连科夫辐射)输入计算机。实验结果证实了中微子振荡的存在,并且揭示了太阳中微子的失踪之谜。这些探测器配合粒子加速器可以用来探测多种粒子的轨迹、能量、类型等,它们是加速器的眼睛。 粒子物理实验所得到的粒子散射截面等数据,结合大爆炸宇宙学恰好可以解释宇宙中元素的组成和相对丰度。137亿年前,宇宙诞生并开始膨胀,原始宇宙处于超高温和超高密度的状态,超高能光子激发出大量的粒子,光子们走不了几步就会与某个粒子(比如电子)碰撞,光根本透不出来,不得不与其它粒子形成了热平衡(平衡辐射又叫普朗克辐射)。过了漫长的50万年,辐射温度降到了几千度,光子不再与其他粒子碰撞,宇宙终于透明了。那么当年几千度的光子现在又怎么样了呢? 哈哈

热心网友 时间:2023-08-16 12:51

为了能够清楚的表述太阳风是怎样形成的,需要先了解太阳大气的分层情况。
  一般情况下,我们把太阳大气分为六层,由内往外依次命名为:日核,辐射区,对流层,光球,色球,日冕。日核的半径占太阳半径的四分之一左右,它集中了太阳质量的大部分,并且是太阳百分之九十九以上的能量的发生地。光球是我们平常所见的明亮的太阳圆面,太阳的可见光全部是由光球面发出的。
  而日冕位于太阳的最外层,属于太阳的外层大气。太阳风就是在这里形成并发射出去的。
  用X射线或远紫外线拍下的日冕照片上可以观察到在日冕中存在着大片的长条形的或是不规则行的暗黑区域,通过人造卫星和宇宙空间探测器拍摄的照片,我们可以发现在日冕上长期存在着这些长条形的大尺度的黑暗区域,这里的X射线强度比其他区域要低得多,从表观上看就像日冕上的一些洞,我们形象的称之为冕洞。
  冕洞是太阳磁场的开放区域,这里的磁力线向宇宙空间扩散,大量的等离子体顺着磁力线跑出去,形成高速运动的粒子流。粒子流在冕洞底部速度为每秒16km左右,当到达地球轨道附近时,速度可达每秒300~400km以上。这种高速运动的等离子体流也就是我们所说的太阳风。
  太阳风从冕洞喷发而出后,夹带着被裹挟在其中的太阳磁场向四周迅速吹散。现在我们肯定,太阳风至少可以吹遍整个太阳系。
  当太阳风到达地球附近时,与地球的偶极磁场发生作用,并把地球磁场的磁力线吹得向后弯曲。但是地磁场的磁压阻滞了等离子体流的运动,使得太阳风不能侵入地球大气而绕过地磁场继续向前运动。于是形成一个空腔,地磁场就被包含在这个空腔里。此时的地磁场外形就像一个一头大一头小的蛋状物。
  但是,当太阳出现突发性的剧烈活动时,情况会有所变化。此时太阳风中的高能离子会增多,这些高能离子能够沿着磁力线侵入地球的极区;并在地球两极的上层大气中放电,产生绚丽壮观的极光。
  1850年,一位名叫卡林顿的英国天文学家在观察太阳黑子时,发现在太阳表面上出现了一道小小的闪光,它持续了约5分钟。卡林顿认为自己碰巧看到一颗大陨石落在太阳上。
[编辑本段]【观测简史】
  到了20世纪20年代,由于有了更精致的研究太阳的仪器。人们发现这种“太阳光”是普通的事情,它的出现往往与太阳黑子有关。例如,1899年,美国天文学家霍尔发明了一种“太阳摄谱仪”,能够用来观察太阳发出的某一种波长的光。这样,人们就能够靠太阳大气中发光的氢、钙元素等的光,拍摄到太阳的照片。结果查明,太阳的闪光和什么陨石毫不相干,那不过是炽热的氢的短暂爆炸而已。
  小型的闪光是十分普通的事情,在太阳黑子密集的部位, 一天能观察到一百次之多,特别是当黑子在“生长”的过程中更是如此。像卡林顿所看到的那种巨大的闪光是很罕见的,一年只发生很少几次。
  有时候,闪光正好发生在太阳表面的中心,这样,它爆发的方向正冲着地球。在这样的爆发过后,地球上会一再出现奇怪的事情。一连几天,极光都会很强烈,有时甚至在温带地区都能看到。罗盘的指针也会不安分起来,发狂似地摆动,因此这种效应有时被称为“磁暴”。 随着科技的进步,极光的奥秘也越来越为我们所知,原来,这美丽的景色是太阳与大气层合作表演出来的作品。在太阳创造的诸如光和热等形式的能量中,有一种能量被称为"太阳风"。太阳风是太阳喷射出的带电粒子,是一束可以覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流。太阳风在地球上空环绕地球流动,以大约每秒400公里的速度撞击地球磁场。地球磁场形如漏斗,尖端对着地球的南北两个磁极,因此太阳发出的带电粒子沿着地磁场这个"漏斗"沉降,进入地球的两极地区。两极的高层大气,受到太阳风的轰击后会发出光芒,形成极光。在南极地区形成的叫南极光。在北极地区形成的叫北极光。
  在本世纪之前,这类情况对人类并没有发生什么影响。但是,到了20世纪,人们发现,磁暴会影响无线电接收,各种电子设备也会受到影响。由于人类越来越依赖于这些设备,磁暴也就变得越来越事关重大了。比如说,在磁暴期内,无线电和电视传播会中断,雷达也不能工作。
  天文学家更加仔细地研究了太阳的闪光,发现在这些爆发中显然有炽热的氢被抛得远远的,其中有一些会克服太阳的巨大引力射入空间。氢的原子核就是质子,因此太阳的周围有一层质子云(还有少量复杂原子核)。1958年,美国物理学家帕克把这种向外涌的质子云叫做“太阳风”。
  向地球方向涌来的质子在抵达地球时,大部分会被地球自身的磁场推开。不过还是有一些会进入大气层,从而引起极光和各种电现象。向地球方向射来的强大质子云的一次特大爆发,会产生可以称为“太阳风暴”的现象,这时,磁暴效应就会出现。
  使

热心网友 时间:2023-08-16 12:51

宇宙中的一种现象
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