欧洲核子研究中心（CERN）的粒子加速器技术被用于治疗脑肿瘤

欧洲核子研究中心（CERN）的粒子加速器技术被用于治疗脑肿瘤Timepix3最初是为欧洲核子研究中心等巨型加速器的粒子探测而设计的摧毁头颈部肿瘤相对简单。用适当的化学药剂或足够强大的放射线对其进行照射，工作就完成了。问题在于如何在不杀死病人的情况下杀死癌细胞。治疗此类肿瘤的一种有效方法是使用离子束。将带电粒子加速到四分之三光速的离子束可以穿透活体组织达一英尺。为了保护健康细胞，传统技术是以肿瘤为中心，以曲线方式移动离子投射器。这样，肿瘤不断受到轰击，而健康组织只受到轻微照射。为病人准备离子束疗法欧洲核子研究中心这是一种简单有效的方法，但远非完美，尤其是当肿瘤位于大脑中时。在这种情况下，由于离子束击中组织，邻近的健康细胞很有可能受到二次辐射，从而导致记忆力减退、视神经受损和其他问题。为了尽量减少这种情况，X射线计算机断层扫描（CT）可以精确绘制肿瘤位置图，指导外科医生制定治疗方案。遗憾的是，手术前进行的扫描可能并不准确，因为手术后大脑在头骨中发生了移动。为了弥补这一缺陷，德国国家肿瘤疾病中心（NCT）、德国癌症研究中心（DKFZ）和海德堡大学医院海德堡离子束治疗中心（HIT）的研究人员使用了捷克公司ADVACAM制造的新型成像设备，该设备集成了欧洲核子研究中心开发的Timepix3像素探测器。Timepix3芯片欧洲核子研究中心Timepix3设计用于半导体探测器和充气探测器，是一种通用集成电路，可以接收稀疏的探测数据，并在短时间内提供高分辨率输出。这样，ADVACAM就可以利用离子束的二次辐射，将辐射作为跟踪信标来更新组织图。ADVACAM公司的LukášMarek说："我们的照相机可以记录患者身体发出的每一个带电粒子的二次辐射。这就像观察台球击球时散落的球。如果根据CT图像，球的反弹符合预期，我们就可以确定目标正确。否则，'地图'显然不再适用。那么就有必要重新规划治疗"。研究人员的想法是，这些更新将更好地瞄准肿瘤，同时减少患者受到的不必要辐射量，用更高水平的辐射照射肿瘤。目前，探测器需要中断治疗，以便重新规划。不过，该计划的后期阶段将包括实时修正光束路径的功能。"当我们开始为大型强子对撞机开发像素探测器时，我们的目标只有一个--探测和成像每一次粒子相互作用，从而帮助物理学家揭开高能量下自然界的秘密，"Medipix协作组织发言人迈克尔-坎贝尔（MichaelCampbell）说。"Timepix探测器是由多学科Medipix合作组织开发的，其目的是将同样的技术应用到新的领域。其中许多领域在一开始是完全无法预见的，这项应用就是一个很好的例子"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1422935.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1422935.htm

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欧洲核子研究中心的加速器综合体即将重新开机为2023年突破性发展提供动力在YETS期间进行的升级将加强LHCRun3阶段的第二年的物理数据采集。线性加速器Linac4现在可以使光束的峰值电流增加30%。其他改进包括防止转移过程中光束损失的隔离桶，升级的踢脚器系统，以及为大型强子对撞机配备的新的注射踢脚器磁铁。大型强子对撞机的重新启动是复杂的，涉及多个小组和持续的机器升级。大型强子对撞机中的碰撞预计将于4月22日开始，为实验提供更高的效率和更高的光束强度。LHC隧道内部。资料来源：欧洲核子研究中心白天越来越长，树木越来越绿，现在也是欧洲核子研究中心加速器综合体苏醒的时候了。在年终技术停机（YETS）之后--在17周的时间里，加速器进行维护和小规模升级--链条上的每个加速器都依次为2023年的数据采集季节重新启动。每次重启都是将质子从源头输送到大型强子对撞机（LHC）最终目的地过程中的一个重要步骤。虽然机器的大多数主要升级是在大型强子对撞机第3次运行开始前的长期关闭期间进行的，但YETS期间进行的加速器升级将改善运行第二年的物理数据采集。这一切都始于2023年2月13日，当时Linac4开始进行光束调试：在2月17日开始运行之前，对机器进行了短暂的调整。这个直线加速器负责为整个加速器链提供质子。它由一个氢离子源和几个加速结构（称为射频腔）组成，将离子转发到PSB（质子同步加速器）。在YETS期间，Linac4源进行了升级，新颖之处在于提取。虽然新源与之前的源相似，但它允许光束的峰值电流增加30%"。峰值电流的增加意味着贯穿加速器的光束有可能获得更高的强度。欧洲核子研究中心的加速器综合体布局。资料来源：欧洲核子研究中心3月3日，PSB开始进行光束调试。在这里，由Linac4加速的氢离子被剥去电子，只留下质子。这些质子束在四个同步辐射环中被进一步加速，为少数实验和链条中的下一个加速器：质子同步辐射（PS）提供能量。PS于3月10日开始其2023年的运行，负责为各种实验提供质子束，包括n_TOF、反质子减速器和东区的实验，以及超级质子同步加速器（SPS），即链条中的下一个加速器。在YETS期间，PS和SPS之间的光束线进行了升级，以使光束传输更加有效。直到2016年，当一个被称为"多圈提取"的过程被引入时，将光束从PS转移到SPS的过程会导致光束损失。因为SPS的圆周是PS的11倍，转移涉及到光束在PS上循环五次，填充SPS的11个部分中的10个。这给机器留下了一些空间来引导光束。在2023年，这种方法得到了进一步的改进，引入了隔离桶。这些有助于使光束注入下一个加速器的间隙同步，防止进一步的光束损失，并提高整个综合体的效率。质子同步加速器（PSB）。资料来源：欧洲核子研究中心3月17日，SPS开始进行光束调试。为物理学调整和准备这个加速器是质子束再次在LHC中循环之前的最后一步。SPS也为2023年进行了升级。CERN的高级工程师之一MikeBarnes解释说："我们在所有的加速器中都有踢脚器系统，其中许多已经进行了工作。所有这些系统在交还给CERN控制中心运行之前，必须重新调试和测试。踢脚器系统的作用就像火车轨道上的开关：它们改变光束的方向，将其转移到下一个加速器。在SPS踢脚器系统中，四个模块被升级，以减少光束在其中沉积的热量。这四个模块以前限制了SPS中的高强度光束操作。"安装SPS的新喷射踢脚器磁铁。资料来源：欧洲核子研究中心此外，在大型强子对撞机中，在YETS期间，其中一个喷射踢脚器磁铁被替换为新的设计。这和安装在LHC隧道中的许多设备一样，将作为LHC下一次运行准备工作的一部分进行测试。重启机器的整个过程非常复杂，涉及欧洲核子研究中心多个小组的许多人。由于机器的不断升级，LHC的重启每年都不同，在重启的每个阶段，每台机器都需要调整，以使物理学尽可能高效和富有成效地运行。在3月28日的调试期之后，大型强子对撞机预计将于4月22日开始运行，为其实验提供比以往更高的效率和光束强度。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1352929.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1352929.htm

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欧洲核子研究中心悼念发现“上帝粒子”的关键物理学家彼得·希格斯2008年，彼得-希格斯在CMS探测器前。图片来源：MaximilienBrice/欧洲核子研究中心希格斯玻色子于2012年在欧洲核子研究中心被发现，这是粒子物理学标准模型（SM）的最高成就--这一非凡的理论从最基本的层面解释了可见宇宙。希格斯与罗伯特-布鲁特和弗朗索瓦-恩格勒特一起，在一代物理学家的工作基础上，假设了布鲁特-恩格勒特-希格斯（BEH）场的存在。在已知的基本场中，BEH场是唯一一个在整个宇宙中"开启"的场，而不是忽隐忽现和保持局部性的场。由于基本粒子（如电子和夸克）与无处不在的BEH场之间的相互作用，BEH场的存在使得物质得以在宇宙大爆炸后约10-11秒的早期宇宙中形成。2013年，希格斯和恩格勒特因上述成就获得诺贝尔物理学奖。欧洲核子研究中心总干事法比奥拉-贾诺蒂说："彼得除了对粒子物理学做出杰出贡献外，他还是一个非常特别的人，对全世界的物理学家来说，他是一个鼓舞人心的人物，一个难得的谦虚的人，一个伟大的教师，一个用非常简单而深刻的方式解释物理学的人。欧洲核子研究中心的一段重要历史和成就都与他有关。我感到非常悲痛，我会非常想念他。"彼得-希格斯的科学遗产将远远超出目前的发现范围。希格斯玻色子--他第一个确定的BEH场的可观测"激发"--与基础物理学中一些最有趣、最关键的悬而未决问题有关。因此，这个仍然相当神秘的粒子是通往SM以外物理学的一个独一无二的门户。自2012年发现它以来，ATLAS和CMS合作小组已经在约束它的特性方面取得了令人瞩目的进展--这项艰苦的科学研究将在未来几十年里成为大型强子对撞机、高亮度大型强子对撞机和未来对撞机研究的核心板块，有望洞察基础科学中的许多未解之谜。相关文章:诺贝尔物理学奖得主彼得·希格斯逝世享年94岁这个最神秘粒子的命名承载了诸多美国物理学家的怨念...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1427647.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1427647.htm

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欧洲核子研究中心再现来自黑洞的物质：反物质等离子体火球超大质量黑洞发射等离子体喷流的艺术家印象图，欧洲核子研究中心的科学家们现在已经在实验室中重现了这一场景。美国宇航局/JPL-加州理工学院这些所谓的相对论喷流被认为包含了由电子及其反物质等价物正电子组成的等离子体。但是，这种物质究竟是如何形成的，又有什么作用，很难通过天文观测和计算机模拟来测量。于是，欧洲核子研究中心的科学家们开始在实验室里制造他们自己的版本。利用高辐射材料（HiRadMat）设施，研究小组从超级质子同步加速器中捕获了3000亿个质子，并将它们喷射到石墨和钽制成的靶子上。这引发了一连串的粒子相互作用，产生了足够多的电子-正电子对来维持稳定的等离子状态。产生等离子体的一系列相互作用示意图罗切斯特大学激光能量学实验室插图/HeatherPalmer首先，质子撞击石墨中的碳原子核，产生的能量足以撞散其中的基本粒子。其中的中性粒子很快衰变为高能伽马射线。这些伽马射线随后与钽的电场相互作用，进而产生成对的电子和正电子。在这次试运行中，产生的电子-正电子对达到了惊人的10万亿个，足以让它开始表现得像一个真正的天体物理等离子体。"这些实验的基本理念是在实验室中重现天体物理现象的微观物理学，例如黑洞和中子星的喷流，"该研究的合著者吉安卢卡-格雷戈里（GianlucaGregori）说。"我们对这些现象的了解几乎完全来自天文观测和计算机模拟，但望远镜无法真正探测微观物理，模拟也涉及近似。像这样的实验室实验是连接这两种方法的桥梁。"这项研究发表在《自然通讯》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434761.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1434761.htm

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欧洲核子研究中心(CERN)的目标是日食期间的暗物质4月8日，欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(LHC)将启动一项寻找暗物质的关键实验，该实验在经过两年的升级后恢复。这座耗资40亿美元的设施将以近光速推动数万亿质子，以每秒11,000圈的速度绕其17英里的环运行。使命？揭开暗物质的面纱，暗物质约占宇宙的28%，但传统探测方法仍然看不见。欧洲核子研究中心的科学家们利用大型强子对撞机的能力来复制大爆炸后的条件，预计会对难以捉摸的暗物质产生突破性的见解。

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重塑粒子加速器：紧凑、强大随时准备改变科学德克萨斯大学奥斯汀分校、多个国家实验室、欧洲多所大学以及总部位于德克萨斯州的TAUSystems公司的研究人员展示了一种长度不到20米的紧凑型粒子加速器，它能产生能量为100亿电子伏特（10GeV）的电子束。目前，美国只有另外两台加速器能够达到如此高的电子能量，但这两台加速器都长约3公里。这个气体室是德克萨斯大学奥斯汀分校开发的紧凑型渚场激光加速器的关键部件。在加速器内部，功率极强的激光器撞击氦气，将其加热成等离子体，并产生波浪，将气体中的电子以高能电子束的形式击出。图片来源：Bjorn"Manuel"Hegelich得克萨斯大学奥斯汀分校物理学副教授兼TAU系统公司首席执行官比约恩-"曼努埃尔"-赫格利希（Bjorn"Manuel"Hegelich）说："我们现在可以在10厘米的范围内达到这些能量，"他指的是产生电子束的腔室的大小。他是最近发表在《极端物质与辐射》（MatterandRadiationatExtreme）杂志上的一篇介绍他们成就的论文的资深作者。赫格利希和他的团队目前正在探索如何将他们的加速器（称为先进的汪场激光加速器）用于各种用途。他们希望用它来测试太空电子设备的抗辐射能力，对新型半导体芯片设计的三维内部结构进行成像，甚至开发新型癌症疗法和先进的医学成像技术。气室绘图。在气室中，功率极强的激光照射氦气，将其加热成等离子体，并产生电波，将气体中的电子以高能电子束的形式发射出去。纳米粒子由通过顶部窗口照射并撞击金属板的次级激光器产生，从而增强了传输给电子的能量。资料来源：德克萨斯大学奥斯汀分校这种加速器还可用于驱动另一种名为X射线自由电子激光器的设备，它可以拍摄原子或分子尺度的慢动作过程。这类过程的例子包括药物与细胞的相互作用、可能导致电池起火的电池内部变化、太阳能电池板内部的化学反应以及病毒蛋白质在感染细胞时的形状变化。汪场激光加速器的概念最早出现在1979年。功率极强的激光击中氦气，将其加热成等离子体，并产生波浪，将气体中的电子击出高能电子束。在过去的几十年里，不同的研究小组开发出了更强大的版本。赫格利希和他的团队的关键进展依赖于纳米粒子。辅助激光照射气室内的金属板，金属板注入金属纳米粒子流，从而增强了电子波的能量。激光就像一叶扁舟划过湖面，留下一道波纹，电子就像冲浪者一样乘着这道等离子体波浪前进。德克萨斯大学奥斯汀分校研制的紧凑型渚波场激光加速器图。激光束从右侧进入气室，在气室中产生电子束，电子束最终进入左侧的两个闪烁屏（DRZ1和DRZ2）进行分析。资料来源：德克萨斯大学奥斯汀分校赫格利希说："要进入大浪中而不被压倒是很难的，所以浪花冲浪者会被水上摩托艇拖入浪中。在我们的加速器中，相当于喷气式滑雪板的是纳米粒子，它们能在恰当的时间和恰当的点释放电子，因此电子都在波浪中。我们会在我们希望的时间和地点让更多的电子进入波中，而不是在整个交互过程中统计分布，这就是我们的秘诀。"在这项实验中，研究人员使用了世界上最强大的脉冲激光器之一--德克萨斯皮塔瓦激光器（TexasPetawattLaser）。单个皮塔瓦激光脉冲的功率约为美国装机功率的1000倍，但持续时间只有150飞秒，不到闪电放电时间的十亿分之一。该团队的长期目标是用他们目前正在开发的激光器来驱动他们的系统，这种激光器可以放在桌面上，每秒可以重复发射数千次，从而使整个加速器比传统加速器更加紧凑，适用范围更广。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401663.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401663.htm

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物理学家首次探测到由粒子对撞机制造的亚原子中微子这种粒子在1956年首次被发现，并在使恒星燃烧的过程中发挥了关键作用。这一发现有望帮助物理学家了解宇宙中最丰富的粒子的性质。这项工作还可以揭示出宇宙中微子的情况，这些中微子会长途跋涉并与地球发生碰撞，为了解宇宙的遥远部分提供了一个窗口。这是"前向搜索实验"（FASER）的最新成果，这是一个由国际物理学家小组设计和建造的粒子探测器，安装在瑞士日内瓦的欧洲核子研究理事会（CERN）。在那里，FASER检测由欧洲核子研究中心的大型强子对撞机产生的粒子。加州大学欧文分校粒子物理学家和FASER合作项目共同发言人乔纳森-冯（JonathanFeng）说："我们从一个全新的来源--粒子对撞机当中发现了中微子，在那里你有两束粒子以极高的能量砸在一起。"他发起了这个项目，UCI和21个合作机构的80多名研究人员参与其中。FASER粒子探测器位于欧洲核子研究中心大型强子对撞机的地下深处，大部分是用欧洲核子研究中心其他实验的备件建造的。信用：照片由欧洲核子研究中心提供欧洲核子研究中心的粒子物理学家布莱恩-彼得森周日代表FASER在意大利举行的第57届RencontresdeMoriond弱电相互作用和统一理论会议上宣布了这些结果。中微子是由已故UCI物理学家和诺贝尔奖得主FrederickReines在近70年前共同发现的，是宇宙中最丰富的粒子，"对建立粒子物理学的标准模型非常重要，"FASER联合发言人JamieBoyd说。"但是在对撞机上产生的中微子从未被实验所探测到。"自从Reines和UCI物理学和天文学教授HankSobel等人的开创性工作以来，物理学家研究的大多数中微子都是低能量的中微子。但是FASER检测到的中微子是在实验室中产生的最高能量的中微子，与深空粒子在我们的大气层中引发巨大的粒子雨时发现的中微子相似。Boyd说："它们能以我们无法了解的方式告诉我们关于深空的情况。大型强子对撞机中的这些非常高能量的中微子对于理解粒子天体物理学中真正令人兴奋的观察结果非常重要。"FASER本身在粒子探测实验中是新的和独特的。与欧洲核子研究中心的其他探测器相比，如ATLAS，它有几层楼高，重达数千吨，而FASER大约只有一吨，可以整齐地放在欧洲核子研究中心的一个小侧隧道内。而且，它只花了几年时间就利用其他实验的备件进行设计和建造。UCI实验物理学家戴夫-卡斯帕说："中微子是大型强子对撞机上更大的实验无法直接探测到的唯一已知粒子，所以FASER的成功观测意味着对撞机的全部物理学潜力终于被开发出来了。"除了中微子，FASER的另一个主要目标是帮助识别构成暗物质的粒子，物理学家认为暗物质包括宇宙中的大部分物质，但他们从未直接观察到。FASER尚未发现暗物质的迹象，但随着大型强子对撞机将在几个月后开始新一轮的粒子对撞，该探测器已经准备好记录任何出现的暗物质。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1350507.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1350507.htm

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