Tíz dolog, amit nem tudhatsz a részecskegyorsítókról
A CERN laboratóriumának nagy hadronütközője bejutott a populáris kultúrába: Jon Stewart humorista ezzel viccelődik A Daily Show szereplője, Sheldon Cooper a The Big Bang Theory című filmben álmodozik róla, és a kitalált gazemberek kitalált antianyagot lopnak belőle az Angyalok & Démonokban.
A beindulás ellenére népszerűség, a részecskegyorsítóknak még vannak titkai, amelyeket meg kell osztani. Világszerte laboratóriumok és intézmények tudósainak közreműködésével a Symmetry összeállított egy listát 10 olyan dologról, amelyet nem tudhat a részecskegyorsítókról.
Világszerte több mint 30.000 gyorsító működik.
A gyorsítók mindenhol megtalálhatók, és sokféle munkát végeznek. Legismertebbek a részecskefizikai kutatásokban betöltött szerepükről, de további tehetségeik a következők: daganatromboló gerendák létrehozása a rák elleni küzdelem érdekében; baktériumok elpusztítása az élelmiszer által terjesztett betegségek megelőzése érdekében; jobb anyagok kifejlesztése a hatékonyabb pelenkák és zsugorfóliák előállításához; és segít a tudósoknak az üzemanyag-befecskendezés javításában a hatékonyabb járművek érdekében.
A leghosszabb modern a világon lévő épületeket részecskegyorsító számára építették.
A lineáris gyorsítókat, vagy röviden linacsokat úgy tervezték, hogy egy részecske nyalábát egyenes vonalba hajtsák. Általában minél hosszabb a linac, annál erősebb a részecske lyukasztás. A San Francisco közelében fekvő SLAC Nemzeti Gyorsító Laboratórium lineáris gyorsítója a legnagyobb a bolygón.
Az SLAC klystron galériája, a gázpedált működtető alkatrészeket tartalmazó épület, a gázpedál tetején ül. Ez a világ egyik leghosszabb modern épülete. Összességében valamivel kevesebb, mint 2 mérföld hosszú, ez a funkció arra ösztönzi a laboratóriumi alkalmazottakat, hogy éves körvonalat tartsanak a kerületén.
Stephen Hawking szerint a részecskegyorsítók a legközelebb vannak a gépek időzítéséhez.
2010-ben Stephen Hawking fizikus írt egy a brit Daily Mail című cikk elmagyarázza, hogyan lehetne utazni az időben. Szükségünk lenne egy elég nagy részecskegyorsítóra ahhoz, hogy felgyorsítsa az embereket, ahogy mi gyorsítjuk a részecskéket – mondta.
A nagy hadronütköztető képességeivel rendelkező személygyorsító az utasait közel a sebességhez mozgatja. fény. A különleges relativitáselmélet hatásai miatt a gyorsuló utasok számára úgy tűnik, hogy csak néhány napig tart egy olyan időszak, amely a gépen kívüli személy számára több évnek tűnik. Mire lelépnek az LHC-túráról, fiatalabbak lennének, mint a többiek.
Hawking valójában nem javasolta, hogy próbáljunk meg ilyen gépet építeni. De rámutatott arra, hogy az időutazás ma már megtörténik. Például a pi mezonoknak nevezett részecskék általában rövid életűek; pusztán milliomod másodperc után szétesnek. De amikor majdnem fénysebességre gyorsulnak, életük drámaian kitágul. Úgy tűnik, hogy ezek a részecskék az időben haladnak, vagy legalább lassabban tapasztalják az időt a többi részecskéhez képest.
Az ember által készített készülék által regisztrált legmagasabb hőmérsékletet részecskegyorsítóval érte el.
2012-ben a Brookhaveni Nemzeti Laboratórium relativisztikus nehézionos ütközője elért egy Guinness-világot Rekord a világ legmelegebb ember által előállított hőmérsékletének előállításához, a lángoló 7,2 billió Fahrenheit fokhoz. De a Long Island-i laboratórium többet tett, mint hevítette a dolgokat. Kis mennyiségű kvark-gluon plazmát hozott létre, azt az anyagállapotot, amelyről azt gondolják, hogy uralta az univerzum legkorábbi pillanatait. Ez a plazma olyan forró, hogy a természetben általában csak más kvarkokhoz kötődve létező, kvarkoknak nevezett elemi részecskék elszakadnak egymástól.
A CERN tudósai azóta kvark-gluon plazmát is létrehoztak, még magasabb hőmérsékleten, a nagy hadronütközőben.
A nagy belseje A hadronütköző hidegebb, mint a világűr.
A villamos energia ellenállás nélküli vezetése érdekében a nagy hadronütköző elektromágneseit kriogén hőmérsékletre hűtik. Az LHC a világ legnagyobb kriogén rendszere, fagyos mínusz 456,3 Fahrenheit fokon működik. Ez a Föld egyik leghidegebb helye, sőt néhány fokkal hidegebb, mint a világűr, amely kb. 454,9 Fahrenheit foknál pihen.
A természet sokkal erősebb részecskegyorsítókat állít elő, mint bármi, amit a Földön gyártanak.
Elég lenyűgöző részecskegyorsítókat tudunk építeni a Földön, de ami a nagy energiák elérését illeti, semmit nem tudunk az űrben természetesen létező részecskegyorsítókról.
A valaha megfigyelt legenergikusabb kozmikus sugár az volt, hogy egy proton 300 millió billió elektronvolt energiájúra gyorsult fel. A galaxisunk egyetlen ismert forrása sem elég erős ahhoz, hogy ilyen gyorsulást okozzon. Még egy csillag robbanásából eredő lökéshullámnak sem, amely sokkal erőteljesebben képes repülni a részecskékre, mint egy ember által készített gázpedál, nincs egészen elegendő oomp. A tudósok még mindig vizsgálják az ilyen rendkívül nagy energiájú kozmikus sugarak forrását.
Részecske a gyorsítók nemcsak a részecskéket gyorsítják fel; tömegesebbé is teszik őket.
Ahogy Einstein a relativitáselméletében megjósolta, egyetlen olyan tömegű részecske sem haladhat olyan gyorsan, mint a fénysebesség – körülbelül 186 000 mérföld másodpercenként. Nem számít, mennyi energiát ad hozzá egy tömeges tárgyhoz, annak sebessége nem éri el ezt a határt.
A modern gyorsítókban a részecskék a fénysebesség majdnem felgyorsulnak. Például a Fermi National Accelerator Laboratory főinjektora a protonokat a fénysebesség 0,99997-szeresére gyorsítja. Amint egy részecske sebessége egyre közelebb kerül a fénysebességhez, a gyorsító egyre nagyobb lendületet ad a részecske mozgási energiájának.
Mivel, mint Einstein elmondta, egy tárgy energiája egyenlő tömegének a fénysebességének négyzetére szorzása (E = mc2), az energia hozzáadása valójában szintén növeli a részecskék tömegét. Mondta egy másik módon: Ahol több “E” van, ott több “m” -nek kell lennie. Amikor egy tömeges tárgy megközelíti, de soha nem éri el, a fénysebesség, a tényleges tömege egyre nagyobb lesz.
Az első körgyorsító átmérője kevesebb volt, mint 5 hüvelyk; a nagy hadronütköző átmérője több mint 5 mérföld.
1930-ban Rolf Widerøe norvég mérnök, Ernest Lawrence 27 éves fizikus ötletei ihlették. létrehozta az első kör alakú részecskegyorsítót a Berkeley-i Kaliforniai Egyetemen M. Stanley Livingston végzős hallgatóval. Gyorsabbá tette a hidrogénionokat 80 000 elektronvolt energiáig egy olyan kamrában, amely kevesebb mint 5 hüvelyk átmérőjű.
1931-ben Lawrence és Livingston egy 11 hüvelykes gyorsítóval kezdtek dolgozni. A gépnek sikerült a protonokat alig több mint 1 millió elektronvoltra felgyorsítani, amely tényről Livingston táviratban számolt be Lawrence-nek a “Whoopee!” Lawrence folytatta a még nagyobb gyorsítók építését – és megalapította a Lawrence Berkeley és a Lawrence Livermore laboratóriumokat. A CERN nagy hadronütközőjének átmérője meghaladja a 5 mérföldet (17 mérföld kerülete). Az idei frissítések után az LHC képes lesz a protonokat 6,5 billió elektronvoltra felgyorsítani. “>
Az 1970-es években a Fermi Nemzeti Gyorsító Laboratórium tudósai egy Felicia nevű görényt alkalmaztak a gyorsító alkatrészeinek tisztításához.
1971-től 1999-ig a Fermilab Meson laboratóriuma a laboratórium nagy energiájú fizikai kísérleteinek kulcsfontosságú része volt. Az univerzumunkat összetartó erőkkel kapcsolatos további tudnivalókért az ottani tudósok szubatomi részecskéket, mezonoknak és protonoknak neveztek. Az üzemeltetők részecskék nyalábját küldnék egy acceléből egy mérföld hosszú földalatti gerendán keresztül a Meson laboratóriumba.
Annak biztosítására, hogy a vákuumcsövek száz lábai mentesek legyenek a szeméttől, mielőtt összekötnék őket és bekapcsolnák a részecskesugarat, a laboratórium egy Felicia a vadászgörény.
A görényeknek van vonzereje a lyukakba való beásáshoz és mászáshoz, ami tökéletes fajt jelent ehhez a munkához. Felicia feladata az volt, hogy hosszú csőszakaszokon át húzzon egy zsinórra tisztító oldatba mártott rongyot.
Bár Felicia munkáját végül egy speciálisan tervezett robot vette át, egyedülálló és létfontosságú szerepet töltött be az építkezésben. folyamat – és cserébe csak a csirkemáj, a halfej és a hamburgerhús állandó étrendjét kérték.
A részecskegyorsítók valószínűtlen helyeken jelennek meg.
A tudósok általában nagy részecskegyorsítókat építenek a föld alatt. Ez megvédi őket az ütközéstől és a destabilizálódástól, de egyúttal nehezebben is találja őket.
Például az észak-kaliforniai Interstate 280-on lefelé haladó autósok nem veszik észre, de a SLAC National fő gyorsítója Gyorsító laboratórium fut a föld alatt, közvetlenül a kerekeik alatt.
A svájci-francia vidéki falvak lakói a világ legnagyobb energiájú részecske-ütközőjén, a nagy hadron ütközőn élnek.
Évtizedek óta a Cornell Egyetem csapatai játszottak foci, futball és lacrosse a Robison Alumni Fields-en, 40 méterre a Cornell Electron Storage Ring, vagy a CESR felett. A tudósok a kör alakú részecskegyorsítóval tanulmányozzák a kompakt részecskesugarakat, és röntgensugarat állítanak elő a biológia, az anyagtudomány és a fizika kísérleteihez.