Velký hadronový urychlovač v laboratoři CERN se dostal do populární kultury: komik Jon Stewart o tom vtipkuje Denní show, postava Sheldona Coopera o tom sní v Teorii velkého třesku a fiktivní darebáci z ní ukradnou fiktivní antihmotu v Angels & Demons.

Navzdory jejich vzestupu popularita, urychlovače částic mají stále tajemství, o které se musí podělit. S přispěním vědců v laboratořích a institucích po celém světě sestavila společnost Symmetry seznam 10 věcí, které možná o urychlovačích částic nevíte.

Po celém světě je v provozu více než 30 000 urychlovačů.

Akcelerátory jsou všude a dělají různé úlohy. Mohou být nejlépe známí svou rolí ve výzkumu částicové fyziky, ale jejich další talenty zahrnují: vytváření paprsků ničících nádory v boji proti rakovině; zabíjení bakterií za účelem prevence nemocí přenášených potravinami; vývoj lepších materiálů pro výrobu účinnějších plen a smršťovací fólie; a pomáhat vědcům vylepšovat vstřikování paliva za účelem výroby efektivnějších vozidel.

Jeden z nejdelších moderních budovy na světě byly postaveny pro urychlovač částic.

Lineární urychlovače neboli zkráceně linacs jsou navrženy tak, aby vrhly paprsek částic v přímé linii. Obecně platí, že čím delší je linac, tím silnější je úder částic. Lineární urychlovač v SLAC National Accelerator Laboratory poblíž San Franciska je největší na planetě.

Galerie klystron společnosti SLAC, budova, která obsahuje komponenty pohánějící urychlovač, se nachází na vrcholu akcelerátoru. Je to jedna z nejdelších moderních budov na světě. Celkově je to o něco méně než 2 míle dlouhé, což je funkce, která vybízí zaměstnance laboratoře, aby po svém obvodu drželi každoroční stopu.

Podle Stephena Hawkinga jsou urychlovače částic nejbližší věci, které máme k strojům času.

V roce 2010 napsal fyzik Stephen Hawking článek pro britský dokument Daily Mail vysvětlující, jak je možné cestovat časem. Potřebovali bychom jen dostatečně velký urychlovač částic, aby zrychlil člověka způsobem, jakým urychlujeme částice, řekl.

Osobní urychlovač se schopnostmi Velkého hadronového urychlovače by pohyboval svými cestujícími blízko rychlosti světlo. Kvůli účinkům speciální relativity se doba, která se někomu mimo stroj zdá, že vydrží několik let, připadá zrychlujícím cestujícím jen několik dní. V době, kdy vystoupili z jízdy LHC, byli mladší než my ostatní.

Hawking ve skutečnosti nenavrhoval, abychom se pokusili takový stroj postavit. Poukazoval však na způsob, že cestování v čase se děje již dnes. Například částice zvané pí mezony jsou obvykle krátkodobé; rozpadají se po pouhé miliontině sekundy. Ale když jsou zrychleny téměř na rychlost světla, jejich životnost se dramaticky prodlužuje. Zdá se, že tyto částice cestují v čase nebo alespoň prožívají čas pomaleji ve srovnání s jinými částicemi.

nejvyšší teploty zaznamenané člověkem vyrobeným zařízením bylo dosaženo v urychlovači částic.

V roce 2012 dosáhl relativistický těžký iontový urychlovač Brookhaven National Laboratory Guinness World. Rekord pro produkci nejžhavější teploty na světě způsobené člověkem, sálajících 7,2 bilionů stupňů Fahrenheita. Laboratoř na Long Islandu však dokázala víc než jen zahřát. Vytvořilo malé množství kvark-gluonové plazmy, což je stav hmoty, o kterém se předpokládalo, že ovládl nejranější okamžiky vesmíru. Tato plazma je tak horká, že způsobuje, že se elementární částice zvané kvarky, které v přírodě obecně existují pouze vázané na jiné kvarky, od sebe oddělí.

Vědci v CERNu od té doby také vytvořili kvark-gluonovou plazmu, při ještě vyšší teplotě ve Velkém hadronovém urychlovači.

Vnitřek Velkého Hadron Collider je chladnější než vesmír.

Aby bylo možné vést elektřinu bez odporu, jsou elektromagnety Large Hadron Collider ochlazeny na kryogenní teploty. LHC je největší kryogenní systém na světě a pracuje při mrazu minus 456,3 stupňů Fahrenheita. Je to jedno z nejchladnějších míst na Zemi a je dokonce o několik stupňů chladnější než vesmír, který má tendenci odpočívat kolem minus 454,9 stupňů Fahrenheita.

Příroda produkuje urychlovače částic mnohem silnější než cokoli na Zemi.

Můžeme postavit několik docela působivých urychlovačů částic na Zemi, ale pokud jde o dosažení vysokých energií, nemáme nic na urychlovačích částic, které přirozeně existují ve vesmíru.

Nejenergetičtější kosmický paprsek, jaký kdy byl pozorován, byl proton zrychlený na energii 300 milionů bilionů elektronvoltů. Žádný známý zdroj v naší galaxii není dostatečně silný, aby způsobil takové zrychlení. Dokonce ani rázová vlna z výbuchu hvězdy, která může posílat částice létající mnohem silněji než urychlovač vytvořený člověkem, nemá dost oomph. Vědci stále zkoumají zdroj kosmických paprsků s velmi vysokou energií.

Částice urychlovače nejen urychlují částice; také je činí masivnějšími.

Jak předpověděl Einstein ve své teorii relativity, žádná částice, která má hmotu, nemůže cestovat tak rychle jako rychlost světla – asi 186 000 mil za vteřinu. Bez ohledu na to, kolik energie člověk přidá k objektu s hmotou, jeho rychlost tuto hranici nedosáhne.

V moderních urychlovačích jsou částice urychlovány téměř rychlostí světla. Například hlavní injektor v laboratoři Fermi National Accelerator Laboratory zrychluje protony na 0,99 997krát vyšší rychlost světla. Jak se rychlost částice přibližuje rychlosti světla, urychlovač stále více zvyšuje její kinetickou energii.

Protože, jak nám řekl Einstein, je energie objektu stejná k jeho hmotným časům rychlost světla na druhou (E = mc2), přidání energie ve skutečnosti také zvyšuje hmotnost částic. Řekl jiný způsob: Kde je více „E“, tam musí být více „m“. Jak se objekt s hmotou přibližuje, ale nikdy nedosahuje, rychlosti světla, jeho efektivní hmota se zvětšuje a zvětšuje.

Průměr prvního kruhového urychlovače byl menší než 5 palců; průměr Large Hadron Collider je více než 5 mil.

V roce 1930, inspirovaný myšlenkami norského inženýra Rolfa Widerøe, 27letého fyzika Ernesta Lawrencea vytvořil spolu s postgraduálním studentem M. Stanley Livingstonem první kruhový urychlovač částic na Kalifornské univerzitě v Berkeley. V komoře menší než 5 palců zrychlil ionty vodíku až na energie 80 000 elektronvoltů.

V roce 1931 se Lawrence a Livingston pustili do práce na 11palcovém urychlovači. Zařízení dokázalo zrychlit protony na něco málo přes 1 milion elektronvoltů, což Livingston hlásil Lawrencovi telegramem s přidaným komentářem „Whoopee!“ Lawrence pokračoval ve stavbě ještě větších urychlovačů – a založil laboratoře Lawrencea Berkeleyho a Lawrencea Livermora.

Urychlovače částic od té doby prošli dlouhou cestu a vytvářeli jasnější paprsky částic s většími energiemi, než si dříve představovali. Velký hadronový urychlovač v CERNu má průměr více než 5 mil (obvod 17 mil). Po letošních upgradech bude LHC schopen urychlit protony na 6,5 bilionu elektronvoltů.

V sedmdesátých letech minulého století vědci v laboratoři Fermi National Accelerator Laboratory použili k čištění dílů urychlovače fretku jménem Felicia.

Od roku 1971 do roku 1999 byla Fermilabova Mesonova laboratoř klíčovou součástí experimentů fyziky s vysokou energií v laboratoři. Aby se vědci dozvěděli více o silách, které drží náš vesmír pohromadě, studovali subatomární částice zvané mezony a protony. Operátoři by vysílali paprsky částic z accele Laboratoř do laboratoře Meson pomocí kilometrů dlouhého vedení podzemního paprsku.

Aby bylo zajištěno, že stovky stop podtlakového potrubí byly bez úlomků, než je připojíte a zapnete paprsek částic, laboratoř požádala o pomoc jednoho Fretka Felicia.

Fretky mají afinitu k hrabání a šplhání skrz díry, což z nich dělá ideální druh pro tuto práci. Úkolem Felicie bylo vytáhnout hadřík namočený v čisticím roztoku na provázku dlouhými úseky potrubí.

Ačkoli práci Felicie nakonec převzal speciálně navržený robot, při stavbě hrála jedinečnou a zásadní roli proces – a na oplátku požadoval pouze stálou stravu z kuřecích jater, rybích hlav a hamburgerového masa.

Urychlovače částic se objevují na nepravděpodobných místech.

Vědci mají tendenci konstruovat velké urychlovače částic pod zemí. To je chrání před nárazem a destabilizací, ale také je může být o něco těžší najít.

Například motoristé sjíždějící po dálnici Interstate 280 v severní Kalifornii si toho nemusí všimnout, ale hlavní akcelerátor v SLAC National Accelerator Laboratory běží pod zemí těsně pod jejich koly.

Obyvatelé vesnic na švýcarsko-francouzském venkově žijí na vrcholu urychlovače částic s nejvyšší energií na světě, Large Hadron Collider.

A po celá desetiletí hrály týmy na Cornell University fotbal, fotbal a lakros na polích Robison Alumni Field 40 stop nad elektronickým úložným prstencem Cornell nebo CESR. Vědci používají kruhový urychlovač částic ke studiu paprsků kompaktních částic a k produkci rentgenového světla pro experimenty v biologii, vědě o materiálech a fyzice.