Több évvel ezelőtt azt jósolták, hogy amint üzembe helyezik a Hadronütköztetőt, eljön a világvége. Ezt a hatalmas proton- és iongyorsítót, amelyet a svájci CERN-ben építettek, joggal ismerik el a világ legnagyobb kísérleti létesítményeként. A világ számos országából származó tudósok tízezrei építették. Valóban nemzetközi intézménynek nevezhető. Azonban minden egészen más szinten kezdődött, elsősorban azért, hogy meg lehessen határozni a proton sebességét a gyorsítóban. Az alábbiakban az ilyen gyorsítók keletkezésének történetéről és fejlődési szakaszairól lesz szó.
Kezdőtörténelem
Miután felfedezték az alfa-részecskék jelenlétét, és elkezdték közvetlenül tanulmányozni az atommagokat, az emberek elkezdtek kísérletezni velük. Eleinte itt szó sem volt protongyorsítóról, mivel a technológiai szint viszonylag alacsony volt. A gyorsító technológia megalkotásának igazi korszaka csak ben kezdődöttA múlt század 30-as évei, amikor a tudósok elkezdték célirányosan részecskegyorsítási sémákat fejleszteni. Két brit tudós 1932-ben elsőként tervezett egy speciális egyenfeszültségű generátort, amely lehetővé tette a többiek számára, hogy megkezdjék a magfizika korszakát, ami a gyakorlatban is lehetővé vált.
A ciklotron megjelenése
A ciklotron, nevezetesen az első protongyorsító neve, Ernest Lawrence tudós ötleteként már 1929-ben megjelent, de csak 1931-ben tudta megtervezni. Meglepő módon az első minta elég kicsi volt, csak körülbelül egy tucat centiméter átmérőjű, és ezért csak kis mértékben tudta gyorsítani a protonokat. A gyorsítójának teljes koncepciója az volt, hogy nem elektromos, hanem mágneses mezőt használ. A protongyorsító ilyen állapotban nem a pozitív töltésű részecskék közvetlen gyorsítására irányult, hanem arra, hogy pályájukat olyan állapotba görbítse, hogy zárt állapotban körben repüljenek.
Ez tette lehetővé egy ciklotron létrehozását, amely két üreges félkorongból áll, amelyekben protonok forogtak. Az összes többi ciklotron ezen az elméleten alapult, de a sokkal nagyobb teljesítmény elérése érdekében egyre nehezebbé váltak. A 40-es évekre egy ilyen protongyorsító szabványos mérete az épületek méretével egyenlő.
Lawrence a ciklotron feltalálásáért kapta 1939-ben a fizikai Nobel-díjat.
Synchrophasotrons
Amikor azonban a tudósok megpróbálták erősebbé tenni a protongyorsítót,Problémák. Sokszor pusztán technikai jellegűek voltak, hiszen hihetetlenül magasak voltak a követelmények a keletkező közeggel szemben, részben viszont abban, hogy a részecskék egyszerűen nem gyorsultak a kívánt módon. Új áttörést 1944-ben Vekszler Vlagyimir ért el, aki az autophasing elvét dolgozta ki. Meglepő módon Edwin Macmillan amerikai tudós is így tett egy évvel később. Azt javasolták, hogy az elektromos mezőt úgy állítsák be, hogy az befolyásolja magukat a részecskéket, szükség esetén módosítsa azokat, vagy éppen ellenkezőleg, lelassítsa. Ez lehetővé tette, hogy a részecskék mozgását egyetlen csomó, és nem elmosódott tömeg formájában tartsák. Az ilyen gyorsítókat szinkrofazotronnak nevezik.
Collider
Ahhoz, hogy a gyorsító a protonokat mozgási energiává gyorsítsa fel, még erősebb szerkezetekre volt szükség. Így születtek ütköztetők, amelyek két ellentétes irányban forgó részecskenyaláb segítségével működtek. És mivel egymás felé helyezték őket, a részecskék összeütköztek. Az ötlet először 1943-ban született Rolf Wideröe fizikustól, de csak a 60-as években tudták kidolgozni, amikor megjelentek az új technológiák, amelyek végrehajthatták ezt a folyamatot. Ez lehetővé tette az ütközés következtében megjelenő új részecskék számának növelését.
A következő évek minden fejlesztése közvetlenül egy hatalmas létesítmény – a Large Hadron Collider – megépítéséhez vezetett 2008-ban, amely szerkezetében egy 27 kilométer hosszú gyűrű. Úgy tartják, hogya benne végzett kísérletek segítenek megérteni, hogyan alakult világunk, és mély szerkezetét.
A nagy hadronütköztető elindítása
Az ütközőt először 2008 szeptemberében próbálták üzembe helyezni. Szeptember 10-ét tekintik a hivatalos indulás napjának. Egy sor sikeres teszt után azonban baleset történt – 9 nap után meghiúsult, ezért kénytelen volt bezárni a javítás miatt.
Az új tesztek csak 2009-ben kezdődtek, de 2014-ig a létesítmény rendkívül alacsony energiával működött, hogy megakadályozzák a további meghibásodásokat. Ekkor fedezték fel a Higgs-bozont, ami a tudományos közösség felfutását idézte elő.
Jelenleg szinte minden kutatás folyik a nehézionok és könnyű atommagok területén, ezt követően az LHC-t 2021-ig újra bezárják modernizálás miatt. Úgy gondolják, hogy körülbelül 2034-ig fog működni, majd a további kutatásokhoz új gyorsítók létrehozására lesz szükség.
A mai festmény
Jelenleg a gyorsítók tervezési határa elérte a csúcsot, így az egyetlen lehetőség a gyógyászatban jelenleg használthoz hasonló, de sokkal erősebb lineáris protongyorsító létrehozása. A CERN megpróbálta újra létrehozni az eszköz miniatűr változatát, de ezen a területen nem történt észrevehető előrelépés. Ezt a lineáris ütköztető modellt a tervek szerint közvetlenül csatlakoztatják az LHC-hez, hogy provokáljona protonok sűrűsége és intenzitása, amelyeket ezután közvetlenül magába az ütközőbe irányítanak.
Következtetés
A magfizika megjelenésével megkezdődött a részecskegyorsítók fejlesztésének korszaka. Számos szakaszon mentek keresztül, amelyek mindegyike számos felfedezést hozott. Most már lehetetlen olyan embert találni, aki soha életében nem hallott a Nagy Hadronütköztetőről. Könyvekben, filmekben emlegetik - azt jósolják, hogy segít felfedni a világ összes titkát, vagy egyszerűen véget vet. Nem tudni biztosan, hogy a CERN-kísérletek mihez vezetnek, de a gyorsítók használatával a tudósok sok kérdésre választ tudtak adni.
