Πριν από αρκετά χρόνια είχε προβλεφθεί ότι μόλις τεθεί σε λειτουργία ο Επιταχυντής Αδρονίων, θα ερχόταν το τέλος του κόσμου. Αυτός ο τεράστιος επιταχυντής πρωτονίων και ιόντων, που κατασκευάστηκε στο ελβετικό CERN, δικαιωματικά αναγνωρίζεται ως η μεγαλύτερη πειραματική εγκατάσταση στον κόσμο. Κατασκευάστηκε από δεκάδες χιλιάδες επιστήμονες από πολλές χώρες του κόσμου. Μπορεί πραγματικά να ονομαστεί διεθνής θεσμός. Ωστόσο, όλα ξεκίνησαν σε εντελώς διαφορετικό επίπεδο, πρώτα από όλα, για να μπορέσουμε να προσδιορίσουμε την ταχύτητα του πρωτονίου στον επιταχυντή. Πρόκειται για την ιστορία της δημιουργίας και τα στάδια ανάπτυξης τέτοιων επιταχυντών που θα συζητηθούν παρακάτω.
Αρχική ιστορία
Μετά την ανακάλυψη της παρουσίας σωματιδίων άλφα και την άμεση μελέτη των ατομικών πυρήνων, οι άνθρωποι άρχισαν να προσπαθούν να πειραματιστούν πάνω τους. Στην αρχή δεν γινόταν λόγος για επιταχυντές πρωτονίων εδώ, αφού το επίπεδο τεχνολογίας ήταν σχετικά χαμηλό. Η πραγματική εποχή της δημιουργίας της τεχνολογίας επιταχυντών ξεκίνησε μόλις τοΗ δεκαετία του '30 του περασμένου αιώνα, όταν οι επιστήμονες άρχισαν να αναπτύσσουν σκόπιμα σχήματα επιτάχυνσης σωματιδίων. Δύο επιστήμονες από το Ηνωμένο Βασίλειο ήταν οι πρώτοι που σχεδίασαν μια ειδική γεννήτρια συνεχούς τάσης το 1932, η οποία επέτρεψε στους άλλους να ξεκινήσουν την εποχή της πυρηνικής φυσικής, κάτι που έγινε δυνατό στην πράξη.
Η εμφάνιση του κυκλοτρονίου
Το κυκλότρον, δηλαδή το όνομα του πρώτου επιταχυντή πρωτονίων, εμφανίστηκε ως ιδέα στον επιστήμονα Ernest Lawrence το 1929, αλλά μπόρεσε να το σχεδιάσει μόλις το 1931. Παραδόξως, το πρώτο δείγμα ήταν αρκετά μικρό, μόνο περίπου μια ντουζίνα εκατοστά σε διάμετρο, και επομένως μπορούσε να επιταχύνει ελάχιστα τα πρωτόνια. Η όλη ιδέα του επιταχυντή του ήταν να χρησιμοποιήσει όχι ηλεκτρικό, αλλά μαγνητικό πεδίο. Ο επιταχυντής πρωτονίων σε μια τέτοια κατάσταση στόχευε όχι στην άμεση επιτάχυνση θετικά φορτισμένων σωματιδίων, αλλά στην καμπυλότητα της τροχιάς τους σε τέτοια κατάσταση που πετούσαν σε κύκλο σε κλειστή κατάσταση.
Αυτό κατέστησε δυνατή τη δημιουργία ενός κυκλοτρονίου, αποτελούμενου από δύο κοίλους μισούς δίσκους, μέσα στους οποίους περιστρέφονταν τα πρωτόνια. Όλα τα άλλα κυκλοτρόνια βασίστηκαν σε αυτή τη θεωρία, αλλά για να αποκτήσουν πολύ περισσότερη δύναμη, γίνονταν όλο και πιο δυσκίνητα. Μέχρι τη δεκαετία του '40, το τυπικό μέγεθος ενός τέτοιου επιταχυντή πρωτονίων άρχισε να ισούται με κτίρια.
Για την εφεύρεση του κυκλοτρονίου ο Λόρενς τιμήθηκε με το Νόμπελ Φυσικής το 1939.
Συγροφασοτρόνια
Ωστόσο, καθώς οι επιστήμονες προσπάθησαν να κάνουν τον επιταχυντή πρωτονίων πιο ισχυρό,Προβλήματα. Συχνά ήταν καθαρά τεχνικά, αφού οι απαιτήσεις για το προκύπτον μέσο ήταν απίστευτα υψηλές, αλλά εν μέρει ήταν στο γεγονός ότι τα σωματίδια απλά δεν επιταχύνονταν όπως απαιτούνταν από αυτά. Μια νέα σημαντική ανακάλυψη το 1944 έγινε από τον Vladimir Veksler, ο οποίος κατέληξε στην αρχή της αυτόματης φάσης. Παραδόξως, ο Αμερικανός επιστήμονας Έντουιν Μακμίλαν έκανε το ίδιο ένα χρόνο αργότερα. Πρότειναν να ρυθμιστεί το ηλεκτρικό πεδίο έτσι ώστε να επηρεάζει τα ίδια τα σωματίδια, εάν είναι απαραίτητο, προσαρμόζοντάς τα ή, αντίθετα, επιβραδύνοντάς τα. Αυτό κατέστησε δυνατή τη διατήρηση της κίνησης των σωματιδίων με τη μορφή μιας ενιαίας δέσμης και όχι μιας θολής μάζας. Τέτοιοι επιταχυντές ονομάζονται σύγχροφασοτρον.
Collider
Για να επιταχύνει ο επιταχυντής τα πρωτόνια σε κινητική ενέργεια, άρχισαν να απαιτούνται ακόμη πιο ισχυρές δομές. Έτσι γεννήθηκαν οι επιταχυντές, οι οποίοι λειτουργούσαν χρησιμοποιώντας δύο δέσμες σωματιδίων που περιστρέφονταν προς αντίθετες κατευθύνσεις. Και αφού ήταν τοποθετημένα το ένα προς το άλλο, τα σωματίδια θα συγκρούονταν. Η ιδέα γεννήθηκε για πρώτη φορά το 1943 από τον φυσικό Rolf Wideröe, αλλά δεν ήταν δυνατό να αναπτυχθεί μέχρι τη δεκαετία του '60, όταν εμφανίστηκαν νέες τεχνολογίες που μπορούσαν να πραγματοποιήσουν αυτή τη διαδικασία. Αυτό κατέστησε δυνατή την αύξηση του αριθμού των νέων σωματιδίων που θα εμφανίζονταν ως αποτέλεσμα της σύγκρουσης.
Όλες οι εξελίξεις τα επόμενα χρόνια οδήγησαν άμεσα στην κατασκευή μιας τεράστιας εγκατάστασης - του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων το 2008, ο οποίος στη δομή του είναι ένας δακτύλιος μήκους 27 χιλιομέτρων. Πιστεύεται ότιείναι τα πειράματα που γίνονται σε αυτό που θα βοηθήσουν να κατανοήσουμε πώς σχηματίστηκε ο κόσμος μας και η βαθιά δομή του.
Εκτόξευση του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων
Η πρώτη προσπάθεια να τεθεί σε λειτουργία αυτός ο επιταχυντής έγινε τον Σεπτέμβριο του 2008. Η 10η Σεπτεμβρίου θεωρείται η ημέρα της επίσημης κυκλοφορίας του. Ωστόσο, μετά από μια σειρά επιτυχημένων δοκιμών, συνέβη ένα ατύχημα - μετά από 9 ημέρες απέτυχε, και ως εκ τούτου αναγκάστηκε να κλείσει για επισκευές.
Νέες δοκιμές ξεκίνησαν μόλις το 2009, αλλά μέχρι το 2014, η εγκατάσταση λειτουργούσε με εξαιρετικά χαμηλή ενέργεια για να αποφευχθούν περαιτέρω βλάβες. Ήταν εκείνη τη στιγμή που ανακαλύφθηκε το μποζόνιο Higgs, το οποίο προκάλεσε έκρηξη στην επιστημονική κοινότητα.
Αυτή τη στιγμή, σχεδόν όλη η έρευνα διεξάγεται στον τομέα των βαρέων ιόντων και των ελαφρών πυρήνων, μετά τον οποίο ο LHC θα είναι και πάλι κλειστός για εκσυγχρονισμό έως το 2021. Πιστεύεται ότι θα είναι σε θέση να λειτουργήσει μέχρι περίπου το 2034, μετά από το οποίο περαιτέρω έρευνα θα απαιτήσει τη δημιουργία νέων επιταχυντών.
Η σημερινή ζωγραφική
Αυτή τη στιγμή, το όριο σχεδιασμού των επιταχυντών έχει φτάσει στο αποκορύφωμά του, επομένως η μόνη επιλογή είναι να δημιουργηθεί ένας γραμμικός επιταχυντής πρωτονίων παρόμοιος με αυτούς που χρησιμοποιούνται σήμερα στην ιατρική, αλλά πολύ πιο ισχυρός. Το CERN προσπάθησε να αναδημιουργήσει μια μινιατούρα έκδοση της συσκευής, αλλά δεν υπήρξε αξιοσημείωτη πρόοδος σε αυτόν τον τομέα. Αυτό το μοντέλο ενός γραμμικού επιταχυντή σχεδιάζεται να συνδεθεί απευθείας με τον LHC για να προκαλέσειτην πυκνότητα και την ένταση των πρωτονίων, τα οποία στη συνέχεια θα κατευθυνθούν απευθείας στον ίδιο τον επιταχυντή.
Συμπέρασμα
Με την έλευση της πυρηνικής φυσικής, ξεκίνησε η εποχή της ανάπτυξης των επιταχυντών σωματιδίων. Έχουν περάσει από πολλά στάδια, καθένα από τα οποία έχει φέρει πολλές ανακαλύψεις. Τώρα είναι αδύνατο να βρει ένα άτομο που δεν έχει ακούσει ποτέ για τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων στη ζωή του. Αναφέρεται σε βιβλία, ταινίες - προβλέποντας ότι θα βοηθήσει να αποκαλυφθούν όλα τα μυστικά του κόσμου ή απλά θα τον τερματίσει. Δεν είναι γνωστό με βεβαιότητα σε τι θα οδηγήσουν όλα τα πειράματα του CERN, αλλά με τη χρήση επιταχυντών, οι επιστήμονες μπόρεσαν να απαντήσουν σε πολλές ερωτήσεις.
