Large Hadron Collider ved CERN-laboratoriet har kommet seg inn i populærkulturen: Komiker Jon Stewart fleiper om det på The Daily Show, karakteren Sheldon Cooper drømmer om det på The Big Bang Theory, og fiktive skurker stjeler fiktiv antimaterie fra den i Engler & Demoner.

Til tross for deres uptick i popularitet, har partikkelakseleratorer fortsatt hemmeligheter å dele. Med innspill fra forskere ved laboratorier og institusjoner over hele verden har Symmetry samlet en liste over ti ting du kanskje ikke vet om partikkelakseleratorer.

Det er mer enn 30.000 akseleratorer i drift over hele verden.

Akseleratorer er overalt og gjør en rekke jobber. De er kanskje mest kjent for sin rolle i partikkelfysikkforskning, men deres andre talenter inkluderer: å skape svulstdestruerende stråler for å bekjempe kreft; drepe bakterier for å forhindre matbårne sykdommer; utvikle bedre materialer for å produsere mer effektive bleier og krympeemballasje; og hjelpe forskere med å forbedre drivstoffinjeksjonen for å lage mer effektive kjøretøyer.

En av de lengste moderne bygninger i verden ble bygget for en partikkelakselerator.

Lineære akseleratorer, eller kort sagt linacs, er designet for å kaste en stråle av partikler i en rett linje. Generelt, jo lengre linac, desto kraftigere blir partikkelstansen. Den lineære akseleratoren ved SLAC National Accelerator Laboratory, nær San Francisco, er den største på planeten.

SLACs klystron gallery, en bygning som huser komponenter som driver gasspedalen, sitter på toppen av gasspedalen. Det er en av verdens lengste moderne bygninger. Samlet sett er den litt under 3 km lang, en funksjon som ber laboratorieansatte om å holde en årlig fotrace rundt omkretsen.

Partikkelakseleratorer er de nærmeste tingene vi har til tidsmaskiner, ifølge Stephen Hawking.

I 2010 skrev fysikeren Stephen Hawking en artikkelen for den britiske avisen Daily Mail som forklarer hvordan det kan være mulig å reise gjennom tiden. Vi trenger bare en partikkelakselerator som er stor nok til å akselerere mennesker slik vi akselererer partikler, sa han.

En person-akselerator med kapasiteten til Large Hadron Collider ville bevege passasjerene sine nær hastigheten på lys. På grunn av virkningene av spesiell relativitet, vil en periode som ser ut til at noen utenfor maskinen varer i flere år, virke for de akselererende passasjerene å vare bare noen få dager. Da de gikk av LHC-turen, ville de være yngre enn resten av oss.

Hawking foreslo faktisk ikke at vi skulle prøve å bygge en slik maskin. Men han påpekte en måte som tidsreiser allerede skjer i dag. For eksempel er partikler som kalles pi mesoner normalt kortvarige; de går i oppløsning etter bare milliontedeler av et sekund. Men når de akselereres til nesten lysets hastighet, utvides levetiden deres dramatisk. Det ser ut til at disse partiklene beveger seg i tid, eller i det minste opplever tiden saktere i forhold til andre partikler.

Den høyeste temperaturen registrert av en menneskeskapt enhet ble oppnådd i en partikkelakselerator.

I 2012 oppnådde Brookhaven National Laboratory’s Relativistic Heavy Ion Collider en Guinness World Rekord for å produsere verdens hotteste menneskeskapte temperatur, en brennende 7,2 billioner grader Fahrenheit. Men det Long Island-baserte laboratoriet gjorde mer enn å varme opp ting. Det skapte en liten mengde kvark-gluon plasma, en tilstand av materie som antas å ha dominert universets tidligste øyeblikk. Dette plasmaet er så varmt at det fører til at elementære partikler som kalles kvarker, som vanligvis eksisterer i naturen bare bundet til andre kvarker, bryter fra hverandre.

Forskere ved CERN har siden dessuten laget kvarkgluonplasma, ved en enda høyere temperatur, i Large Hadron Collider.

Innsiden av Large Hadron Collider er kaldere enn verdensrommet.

For å lede elektrisitet uten motstand, kjøles Large Hadron Collider’s elektromagneter ned til kryogene temperaturer. LHC er det største kryogene systemet i verden, og det fungerer på et frost minus 456,3 grader Fahrenheit. Det er et av de kaldeste stedene på jorden, og det er enda noen få grader kaldere enn verdensrommet, som har en tendens til å hvile på omtrent minus 454,9 grader Fahrenheit.

Naturen produserer partikkelakseleratorer mye kraftigere enn noe som er laget på jorden.

Vi kan bygge noen ganske imponerende partikkelakseleratorer på jorden, men når det gjelder å oppnå høye energier, har vi ingenting på partikkelakseleratorer som eksisterer naturlig i rommet.

Den mest energiske kosmiske strålen noensinne er observert var en proton akselerert til en energi på 300 millioner billioner elektronvolter. Ingen kjent kilde i galaksen vår er kraftig nok til å ha forårsaket en slik akselerasjon. Selv sjokkbølgen fra eksplosjonen til en stjerne, som kan sende partikler som flyr mye kraftigere enn en menneskeskapt akselerator, har ikke helt nok oomph. Forskere undersøker fortsatt kilden til slike kosmiske stråler med ultrahøy energi.

Partikkel akseleratorer akselererer ikke bare partikler; de gjør dem også mer massive.

Som Einstein forutsa i sin relativitetsteori, kan ingen partikkler som har masse bevege seg så raskt som lysets hastighet – rundt 186 000 miles per sekund. Uansett hvor mye energi man tilfører et objekt med masse, kan hastigheten ikke nå den grensen.

I moderne akseleratorer økes partiklene til nesten lysets hastighet. For eksempel akselererer hovedinjektoren ved Fermi National Accelerator Laboratory protoner til 0,99997 ganger lysets hastighet. Når en partikkels hastighet kommer nærmere og nærmere lysets hastighet, gir en akselerator mer og mer av sin boost til partikkelens kinetiske energi.

Siden, som Einstein fortalte oss, er et objekts energi lik til sin masse ganger lysets hastighet i kvadrat (E = mc2), og tilsetning av energi øker faktisk også partiklens masse. Sa en annen måte: Der det er mer «E», må det være mer «m.» Når et objekt med masse nærmer seg, men aldri når lysets hastighet, blir dens effektive masse større og større.

Diameteren på den første sirkulære akseleratoren var kortere enn 5 inches; diameteren på Large Hadron Collider er mer enn 5 miles.

I 1930, inspirert av ideene til den norske ingeniøren Rolf Widerøe, den 27 år gamle fysikeren Ernest Lawrence opprettet den første sirkulære partikkelakseleratoren ved University of California, Berkeley, med kandidatstudenten M. Stanley Livingston. Den akselererte hydrogenioner opp til energier på 80.000 elektronvolter i et kammer mindre enn 5 tommer.

I 1931 satte Lawrence og Livingston i gang med en 11-tommers akselerator. Maskinen klarte å akselerere protoner til litt over 1 million elektronvolter, et faktum at Livingston rapporterte til Lawrence via telegram med den ekstra kommentaren «Whoopee!» Lawrence bygde videre enda større akseleratorer – og grunnla Lawrence Berkeley og Lawrence Livermore laboratorier.

Partikkelakseleratorer har kommet langt siden den gang, og har skapt lysere stråler av partikler med større energi enn tidligere antatt mulig. Large Hadron Collider på CERN er mer enn 5 miles i diameter (17 miles i omkrets). Etter årets oppgraderinger vil LHC kunne akselerere protoner til 6,5 billioner elektronvolter.

På 1970-tallet brukte forskere ved Fermi National Accelerator Laboratory en ilder ved navn Felicia til å rense akselerasjonsdeler.

Fra 1971 til 1999 var Fermilabs Meson-laboratorium en sentral del av høyenergifysikkeksperimenter på laboratoriet. For å lære mer om kreftene som holder universet vårt sammen, studerte forskere der subatomære partikler kalt mesoner og protoner. Operatører ville sende bjelker av partikler fra et accele rator til Meson Lab via en kilometer lang underjordisk bjelkelinje.

For å sikre hundrevis av meter vakuumrør var fri for rusk før de ble koblet sammen og slått på partikkelstrålen, vervet laboratoriet hjelp av en Fretten Felicia.

Fritter har tilhørighet til å grave seg og klatre gjennom hull, noe som gjør dem til den perfekte arten for denne jobben. Felicias oppgave var å trekke en fille dyppet i rengjøringsløsning på en streng gjennom lange seksjoner av rør.

Selv om Felicias arbeid til slutt ble overtatt av en spesialdesignet robot, spilte hun en unik og viktig rolle i konstruksjonen. prosess – og ba til gjengjeld bare om et jevnt kosthold av kyllingelever, fiskehoder og hamburgerkjøtt.

Partikkelakseleratorer dukker opp på usannsynlige steder.

Forskere har en tendens til å konstruere store partikkelakseleratorer under jorden. Dette beskytter dem mot å bli støtet og destabilisert, men kan også gjøre dem litt vanskeligere å finne.

For eksempel kan ikke bilister som kjører nedover Interstate 280 i Nord-California, merke det, men hovedakseleratoren ved SLAC National Accelerator Laboratory kjører under jorden rett under hjulene deres.

Innbyggere i landsbyer på det sveitsisk-franske landskapet bor på toppen av den høyeste energipartikkekollideren i verden, Large Hadron Collider.

Og i flere tiår har lag ved Cornell University spilt fotball, fotball og lacrosse på Robison Alumni Fields 40 meter over Cornell Electron Storage Ring, eller CESR. Forskere bruker den sirkulære partikkelakseleratoren til å studere kompakte partikkelstråler og til å produsere røntgenlys for eksperimenter innen biologi, materialvitenskap og fysikk.