Large Hadron Collider på CERN-laboratoriet har slået sig ind i populærkulturen: Komikeren Jon Stewart jokes om det på The Daily Show, karakter Sheldon Cooper drømmer om det på Big Bang Theory, og fiktive skurke stjæler fiktiv antimaterie fra det i engler & Demoner.

På trods af deres uptick i popularitet, har partikelacceleratorer stadig hemmeligheder at dele. Med input fra forskere på laboratorier og institutioner over hele verden har Symmetry samlet en liste over 10 ting, du måske ikke ved om partikelacceleratorer.

Der er mere end 30.000 acceleratorer i drift rundt om i verden.

Acceleratorer er overalt og udfører forskellige job. De er måske bedst kendt for deres rolle i partikelfysikforskning, men deres andre talenter inkluderer: at skabe tumorødelæggende stråler for at bekæmpe kræft; dræbende bakterier for at forhindre fødevarebårne sygdomme udvikling af bedre materialer til at producere mere effektive bleer og krympeindpakning og hjælpe forskere med at forbedre brændstofindsprøjtningen for at gøre mere effektive køretøjer.

En af de længste moderne bygninger i verden blev bygget til en partikelaccelerator.

Lineære acceleratorer eller kort sagt linacs er designet til at kaste en stråle af partikler i en lige linje. Generelt, jo længere linac, desto kraftigere er partikelstansen. Den lineære accelerator på SLAC National Accelerator Laboratory, nær San Francisco, er den største på planeten.

SLACs klystron gallery, en bygning der huser komponenter, der driver acceleratoren, sidder oven på acceleratoren. Det er en af verdens længste moderne bygninger. Samlet set er den lidt mindre end 3 km lang, en funktion, der beder laboratoriemedarbejdere om at holde en årlig fodrace omkring sin omkreds.

Partikelacceleratorer er de tætteste ting, vi har til tidsmaskiner, ifølge Stephen Hawking.

I 2010 skrev fysikeren Stephen Hawking en artikel til det britiske papir Daily Mail, der forklarer, hvordan det kan være muligt at rejse gennem tiden. Vi ville bare have brug for en partikelaccelerator, der er stor nok til at fremskynde mennesker, som vi accelererer partikler, sagde han.

En personaccelerator med kapaciteterne i Large Hadron Collider ville bevæge sine passagerer tæt på hastigheden på lys. På grund af virkningerne af særlig relativitet ser det ud til, at en periode, der ser ud til, at en person uden for maskinen varer flere år, synes at accelererende passagerer kun varer et par dage. Da de gik ud af LHC-turen, ville de være yngre end resten af os.

Hawking foreslog faktisk ikke, at vi forsøgte at bygge en sådan maskine. Men han påpegede en måde, som tidsrejser allerede sker i dag. For eksempel er partikler kaldet pi mesoner normalt kortvarige; de går i opløsning efter blot milliontedele af et sekund. Men når de accelereres til næsten lysets hastighed, udvides deres levetid dramatisk. Det ser ud til, at disse partikler bevæger sig i tiden eller i det mindste oplever tiden langsommere i forhold til andre partikler.

Den højeste temperatur registreret af en menneskeskabt enhed blev opnået i en partikelaccelerator.

I 2012 opnåede Brookhaven National Laboratory’s Relativistic Heavy Ion Collider en Guinness World Optag for at producere verdens hotteste menneskeskabte temperatur, en flammende 7,2 billioner grader Fahrenheit. Men det Long Island-baserede laboratorium gjorde mere end at opvarme tingene. Det skabte en lille mængde kvark-gluon-plasma, en tilstand af stof, der menes at have domineret universets tidligste øjeblikke. Dette plasma er så varmt, at det får elementære partikler kaldet kvarker, som generelt kun findes i naturen bundet til andre kvarker, til at bryde adskilt fra hinanden.

Forskere ved CERN har siden også skabt kvark-gluon plasma, ved en endnu højere temperatur i Large Hadron Collider.

Det indvendige af Large Hadron Collider er koldere end det ydre rum.

For at lede elektricitet uden modstand køles Large Hadron Collider’s elektromagneter ned til kryogene temperaturer. LHC er det største kryogene system i verden, og det fungerer ved et frost minus 456,3 grader Fahrenheit. Det er et af de koldeste steder på Jorden, og det er endda et par grader koldere end det ydre rum, som har en tendens til at hvile ved ca. minus 454,9 grader Fahrenheit.

Naturen producerer partikelacceleratorer meget kraftigere end noget andet, der er lavet på Jorden.

Vi kan bygge nogle ret imponerende partikelacceleratorer på Jorden, men når det kommer til at opnå høje energier, har vi intet på partikelacceleratorer, der findes naturligt i rummet.

Den mest energiske kosmiske stråle, der nogensinde er observeret, var en proton, der blev accelereret til en energi på 300 millioner billioner elektronvolt. Ingen kendt kilde i vores galakse er stærk nok til at have forårsaget en sådan acceleration. Selv chokbølgen fra eksplosionen af en stjerne, som kan sende partikler, der flyver meget kraftigere end en menneskeskabt accelerator, har ikke helt nok oomph. Forskere undersøger stadig kilden til sådanne kosmiske stråler med ultrahøj energi.

Partikel acceleratorer accelererer ikke kun partikler; de gør dem også mere massive.

Som Einstein forudsagde i sin relativitetsteori, kan ingen partikler, der har masse, rejse så hurtigt som lysets hastighed – omkring 186.000 miles pr. sekund. Uanset hvor meget energi man tilføjer til et objekt med masse, kan dets hastighed ikke nå den grænse.

I moderne acceleratorer øges partikler op til næsten lysets hastighed. For eksempel accelererer hovedinjektoren ved Fermi National Accelerator Laboratory protoner til 0,99997 gange lysets hastighed. Når en partikels hastighed kommer tættere og tættere på lysets hastighed, giver en accelerator mere og mere af sit boost til partiklens kinetiske energi.

Da, som Einstein fortalte os, er et objekts energi lig til sin masse gange lysets hastighed i kvadrat (E = mc2), øger tilsætning af energi faktisk også partiklernes masse. Sagde en anden måde: Hvor der er mere “E”, skal der være mere “m.” Når et objekt med masse nærmer sig, men aldrig når lysets hastighed, bliver dens effektive masse større og større.

Diameteren på den første cirkulære accelerator var kortere end 5 inches; diameteren af Large Hadron Collider er mere end 5 miles.

I 1930 inspireret af ideerne fra den norske ingeniør Rolf Widerøe, den 27-årige fysiker Ernest Lawrence skabte den første cirkulære partikelaccelerator ved University of California, Berkeley, med kandidatstuderende M. Stanley Livingston. Det fremskyndede brintioner op til energier på 80.000 elektronvolt i et kammer mindre end 5 tommer.

I 1931 satte Lawrence og Livingston i gang med en 11-tommer accelerator. Maskinen formåede at accelerere protoner til lidt over 1 million elektronvolt, en kendsgerning, at Livingston rapporterede til Lawrence ved telegram med den tilføjede kommentar, “Whoopee!” Lawrence fortsatte med at bygge endnu større acceleratorer – og grundede laboratorierne Lawrence Berkeley og Lawrence Livermore.

Partikelacceleratorer er nået langt siden da og har skabt lysere stråler af partikler med større energi end tidligere antaget muligt. Large Hadron Collider på CERN er mere end 5 miles i diameter (17 miles i omkreds). Efter dette års opgraderinger vil LHC være i stand til at accelerere protoner til 6,5 billioner elektronvolt.

I 1970’erne anvendte forskere ved Fermi National Accelerator Laboratory en ilder ved navn Felicia til at rense acceleratordele.

Fra 1971 til 1999 var Fermilabs Meson-laboratorium en vigtig del af højenergifysikeksperimenter på laboratoriet. For at lære mere om de kræfter, der holder vores univers sammen, studerede forskere der subatomære partikler kaldet mesoner og protoner. Operatører ville sende stråler af partikler fra en accele rator til Meson Lab via en kilometer lang underjordisk bjælkelinje.

For at sikre, at hundreder fod vakuumrør var fri for snavs, inden de forbandt dem og tænder for partikelstrålen, hyrede laboratoriet hjælp fra en Fritten Felicia.

Fritterne har en affinitet til at grave sig og klatre gennem huller, hvilket gør dem til den perfekte art til dette job. Felicias opgave var at trække en klud dyppet i rengøringsopløsning på en snor gennem lange sektioner af rør.

Selvom Felicias arbejde til sidst blev overtaget af en specielt designet robot, spillede hun en unik og vital rolle i konstruktionen proces – og til gengæld kun bedt om en jævn diæt af kyllingelever, fiskehoveder og hamburgerkød.

Partikelacceleratorer dukker op på usandsynlige steder.

Forskere har tendens til at konstruere store partikelacceleratorer under jorden. Dette beskytter dem mod at blive bumpet og destabiliseret, men kan også gøre dem lidt sværere at finde. Accelerator Laboratory kører under jorden lige under deres hjul.

Beboere i landsbyer i det schweizisk-franske landskab lever oven på verdens mest energipartikelkollider, Large Hadron Collider.

Og i årtier har hold ved Cornell University spillet fodbold, fodbold og lacrosse på Robison Alumni Fields 40 fod over Cornell Electron Storage Ring eller CESR. Forskere bruger den cirkulære partikelaccelerator til at studere kompakte partikelstråler og til at producere røntgenlys til eksperimenter inden for biologi, materialevidenskab og fysik.