CERNin laboratorion suuri hadronitörmäyslaite on päässyt populaarikulttuuriin: Koomikko Jon Stewart vitsailee siitä Daily Show, hahmo Sheldon Cooper haaveilee siitä The Big Bang Theory -elokuvassa ja kuvitteelliset roistot varastavat siitä kuvitteellista antiainetta Enkelit & Demonsissa.

Huolimatta noususta suosio, hiukkaskiihdyttimillä on vielä salaisuuksia jaettavaksi. Symmetry on laatinut laboratorioiden ja instituutioiden tutkijoiden panoksen maailmanlaajuisesti luetteloon 10 asiasta, joita et ehkä tiedä hiukkaskiihdyttimistä.

Yli 300 000 kiihdytintä on toiminnassa ympäri maailmaa.

Kiihdyttimet ovat kaikkialla ja tekevät erilaisia töitä. Ne voivat olla parhaiten tunnettuja roolistaan hiukkasfysiikan tutkimuksessa, mutta heidän muihin kykyihinsä ovat: kasvaimia tuhoavien säteiden luominen syöpää vastaan; bakteerien tappaminen ruoasta johtuvien sairauksien estämiseksi; parempien materiaalien kehittäminen tehokkaampien vaippojen ja kutistekääreiden tuottamiseksi; ja auttaa tutkijoita parantamaan polttoaineen ruiskutusta tehostamaan ajoneuvoja.

Yksi pisimmistä moderneista rakennukset maailmassa on rakennettu hiukkaskiihdyttimelle.

Lineaariset kiihdyttimet tai lyhyet linakit on suunniteltu heittämään hiukkassäde suoralla linjalla. Yleensä mitä pidempi linakka, sitä voimakkaampi hiukkasreikä. SLAC: n kansallisen kiihdytinlaboratorion, San Franciscon lähellä, lineaarinen kiihdytin on planeetan suurin.

SLAC: n klystron-galleria, rakennus, joka sisältää kaasua käyttäviä komponentteja, istuu kaasupolkimen päällä. Se on yksi maailman pisimmistä moderneista rakennuksista. Kaiken kaikkiaan se on hieman alle 2 mailia pitkä, ominaisuus, joka kehottaa laboratorion työntekijöitä pitämään vuotuisen jalanjäljen sen kehän ympäri.

Hiukkaskiihdyttimet ovat lähinnä asioita, joita meillä on aikakoneisiin, Stephen Hawkingin mukaan.

Vuonna 2010 fyysikko Stephen Hawking kirjoitti artikkeli englantilaiselle Daily Mail -lehdelle, jossa selitetään, kuinka voi olla mahdollista matkustaa ajan myötä. Tarvitsemme vain riittävän suuren hiukkaskiihdyttimen, jotta voimme kiihdyttää ihmistä samalla tavalla kuin hiukkasia, hän sanoi. kevyt. Erityisen suhteellisuusteollisuuden vaikutusten vuoksi ajanjakso, joka näyttää koneen ulkopuolelta kestävän useita vuosia, näyttää kiihtyviltä matkustajilta kestävän vain muutaman päivän. Siihen mennessä, kun he poistuvat LHC-ratsastuksesta, he olisivat nuorempia kuin muut meistä.

Hawking ei oikeastaan ehdottanut, että yritämme rakentaa tällaisen koneen. Mutta hän viittasi tapaan, jolla aikamatkailu tapahtuu jo tänään. Esimerkiksi pi-mesoneiksi kutsutut hiukkaset ovat yleensä lyhytikäisiä; ne hajoavat vain miljoonasosan sekunnin kuluttua. Mutta kun ne kiihtyvät melkein valonopeuteen, heidän elämänsä laajenevat dramaattisesti. Näyttää siltä, että nämä hiukkaset kulkevat ajassa tai ainakin kokevat ajan hitaammin verrattuna muihin hiukkasiin.

ihmisen tekemän laitteen korkein lämpötila saavutettiin hiukkaskiihdyttimellä.

Vuonna 2012 Brookhavenin kansallisen laboratorion relativistinen raskasioni-törmäilijä saavutti Guinnessin maailman Ennätys maailman kuumimman ihmisen tuottaman lämpötilan, palavan 7,2 biljoonan Fahrenheit-asteen, tuottamisesta. Mutta Long Islandin laboratorio teki muutakin kuin lämmitti asioita. Se loi pienen määrän kvark-gluoniplasmaa, aineen tilan, jonka uskotaan hallitsevan maailmankaikkeuden varhaisimpia hetkiä. Tämä plasma on niin kuuma, että se aiheuttaa alkuhiukkasiksi kutsuttuja kvarkkeja, joita luonnossa esiintyy yleensä vain muihin kvarkeihin sitoutuneina, hajoavan toisistaan.

CERNin tutkijat ovat sittemmin luoneet myös kvarkki-gluoniplasmaa vielä korkeammassa lämpötilassa, suuressa hadronin törmäyslaitteessa.

Suuren sisäpuoli Hadron Collider on kylmempi kuin ulkoavaruus.

Suorittaakseen sähkön ilman vastusta, Large Hadron Colliderin sähkömagneetit jäähdytetään kryogeenisiin lämpötiloihin. LHC on maailman suurin kryogeeninen järjestelmä, ja se toimii pakkasella miinus 456,3 Fahrenheit-astetta. Se on yksi maan kylmimmistä paikoista, ja se on jopa muutama astetta kylmempi kuin avaruus, joka yleensä lepää noin miinus 454,9 Fahrenheit-astetta.

Luonto tuottaa hiukkaskiihdyttimiä, jotka ovat paljon voimakkaampia kuin mitä tahansa maapallolla tehtyä.

Voimme rakentaa melko vaikuttavia hiukkaskiihdyttimiä maapallolle, mutta kun on kyse korkeiden energioiden saavuttamisesta, meillä ei ole mitään avaruudessa luonnollisesti esiintyvissä hiukkaskiihdyttimissä.

Kaikkien aikojen energeettisin kosminen säde oli protoni, joka kiihtyi 300 miljoonan biljoonan elektronivolttien energiaksi. Mikään tunnettu lähde galaksissamme ei ole tarpeeksi voimakas aiheuttamaan tällaisen kiihtyvyyden. Jopa tähtiräjähdyksestä aiheutunut iskuaalto, joka voi lähettää hiukkasia lentämään paljon voimakkaammin kuin ihmisen tekemä kiihdytin, ei riitä. Tutkijat tutkivat edelleen tällaisten erittäin korkeaenergisten kosmisien säteiden lähdettä.

hiukkanen kiihdyttimet eivät vain kiihdytä hiukkasia; ne myös tekevät niistä massiivisempia.

Kuten Einstein ennusti suhteellisuusteoriassaan, yksikään massainen hiukkanen ei voi kulkea yhtä nopeasti kuin valon nopeus – noin 186 000 mailia sekunnissa. Huolimatta siitä, kuinka paljon energiaa lisätään massaan olevaan esineeseen, sen nopeus ei voi saavuttaa tätä rajaa.

Nykyaikaisissa kiihdyttimissä hiukkaset kiihtyvät melkein valon nopeuteen. Esimerkiksi Fermin kansallisen kiihdytinlaboratorion pääinjektori kiihdyttää protoneja 0,99997 kertaa valon nopeuden. Kun hiukkasen nopeus lähestyy ja lähestyy valon nopeutta, kiihdytin antaa yhä enemmän voimaa hiukkasen kineettiselle energialle.

Koska, kuten Einstein kertoi meille, kohteen energia on sama sen massa kertaa valon nopeus neliöön (E = mc2), energian lisääminen lisää itse asiassa myös hiukkasten massaa. Sanoi toisen tavan: Missä on enemmän ”E”, siellä on oltava enemmän ”m”. Kun massainen esine lähestyy, mutta ei koskaan saavuta, valon nopeus, sen tehollinen massa kasvaa ja kasvaa.

Ensimmäisen pyöreän kiihdyttimen halkaisija oli alle 5 tuumaa; suuren hadronitörmäyttimen halkaisija on yli 5 mailia.

Vuonna 1930 norjalaisen insinöörin, Rolf Widerøen, 27-vuotiaan fyysikon Ernest Lawrencen ideoiden innoittamana. loi ensimmäisen pyöreän hiukkaskiihdyttimen Kalifornian yliopistossa Berkeleyssä jatko-opiskelija M. Stanley Livingstonin kanssa. Se kiihdytti vetyioneja jopa 80 000 elektronivolttia kohti alle 5 tuuman pituisessa kammiossa.

Vuonna 1931 Lawrence ja Livingston ryhtyivät toimimaan 11 tuuman kiihdyttimellä. Kone onnistui kiihdyttämään protoneja hieman yli miljoonaan elektronivolttiin, tosiasia, että Livingston ilmoitti Lawrencelle sähkeellä lisäämällä kommentin ”Whoopee!” Lawrence rakensi vielä suurempia kiihdyttimiä – ja perusti Lawrence Berkeleyn ja Lawrence Livermore -laboratoriot.

Hiukkaskiihdyttimet ovat siitä lähtien kulkeneet pitkälle, luoden kirkkaampia hiukkassäteitä suuremmilla energioilla kuin aikaisemmin on uskottu mahdollista. CERN: n suuri hadronitörmäyslaite on halkaisijaltaan yli 5 mailia (ympärysmitta on 17 mailia). Tämän vuoden päivitysten jälkeen LHC pystyy kiihdyttämään protoneja 6,5 biljoonaan elektronivoltteihin.

1970-luvulla Fermin kansallisen kiihdytinlaboratorion tutkijat käyttivät Felicia-nimistä frettiä kiihdyttimien osien puhdistamiseen.

Vuodesta 1971 vuoteen 1999 Fermilabin Mesonin laboratorio oli avainasemassa laboratorion korkean energian fysiikan kokeissa. Saadakseen lisätietoja voimista, jotka pitävät universumiamme yhdessä, tutkijat tutkivat subatomisia hiukkasia, joita kutsutaan mesoneiksi ja protoneiksi. Operaattorit lähettävät hiukkassäteitä akselista rataattorin Meson Lab: iin maileja pitävän maanalaisen säteen kautta.

Sen varmistamiseksi, että satojen jalkojen tyhjiöputkistossa ei ollut roskia ennen niiden liittämistä ja hiukkassäteen kytkemistä päälle, laboratorio käytti yhden avun. Fretti Felicia.

Fretit ovat kiinnostuneita kaivamaan ja kiipeämään reikien läpi, mikä tekee niistä täydellisen lajin tähän työhön. Felician tehtävänä oli vetää puhdistusliuokseen kastettu rätti narulle pitkien putkiosien läpi.

Vaikka Felician työn lopulta otti haltuunsa erityisesti suunniteltu robotti, hänellä oli ainutlaatuinen ja tärkeä rooli rakentamisessa. prosessi – ja vastineeksi pyysi vain tasaista ruokavaliota kanan maksaista, kalanpäistä ja hampurilaisen lihasta.

Hiukkaskiihdyttimet näkyvät epätodennäköisissä paikoissa.

Tutkijat pyrkivät rakentamaan suuria hiukkaskiihdyttimiä maan alle. Tämä suojaa heitä törmäämiseltä ja epävakaudelta, mutta voi myös tehdä heistä hieman vaikeampia löytää.

Esimerkiksi Pohjois-Kaliforniassa Interstate 280 -autoa ajavat autoilijat eivät ehkä huomaa sitä, mutta SLAC Nationalin pääkiihdytin Kiihdytinlaboratorio kulkee maan alla heidän pyöriensä alla.

Sveitsin ja Ranskan maaseudulla sijaitsevien kylien asukkaat elävät maailman suurimman energian hiukkasten törmäyslaitteen, suurten hadronien törmäyslaitteiden, päällä.

Ja vuosikymmenien ajan Cornellin yliopiston joukkueet ovat pelanneet jalkapallo, jalkapallo ja lacrosse Robison Alumni -kentillä 40 metriä Cornell Electron Storage Ringin tai CESR: n yläpuolella. Tutkijat käyttävät pyöreää hiukkaskiihdytintä kompaktien hiukkassäteiden tutkimiseen ja röntgenvalon tuottamiseen biologian, materiaalitieteen ja fysiikan kokeisiin.