The Large Hadron Collider de la laboratorul CERN și-a făcut drum în cultura populară: comedianul Jon Stewart glumește despre asta Daily Show, personajul Sheldon Cooper visează la asta în The Big Bang Theory, iar ticăloșii fictivi îi fură antimaterie fictivă în Angels & Demons.

În ciuda creșterii lor în popularitate, acceleratoarele de particule au încă secrete de împărtășit. Cu contribuția oamenilor de știință din laboratoare și instituții din întreaga lume, Symmetry a compilat o listă cu 10 lucruri pe care s-ar putea să nu le știți despre acceleratoarele de particule.

Există peste 30.000 de acceleratoare în funcțiune în întreaga lume.

Acceleratoarele sunt peste tot, făcând o varietate de sarcini. Pot fi cunoscuți cel mai bine pentru rolul lor în cercetarea fizicii particulelor, dar celelalte talente ale acestora includ: crearea de fascicule de distrugere a tumorilor pentru combaterea cancerului; uciderea bacteriilor pentru a preveni bolile de origine alimentară; dezvoltarea unor materiale mai bune pentru a produce scutece mai eficiente și a foliei termoretrabile și să ajutăm oamenii de știință să îmbunătățească injecția de combustibil pentru a face vehicule mai eficiente.

Unul dintre cele mai lungi moderne clădirile din lume au fost construite pentru un accelerator de particule.

Acceleratoarele liniare, sau linacs pe scurt, sunt concepute pentru a arunca un fascicul de particule în linie dreaptă. În general, cu cât linacul este mai lung, cu atât este mai puternic perforarea particulelor. Acceleratorul liniar de la SLAC National Accelerator Laboratory, lângă San Francisco, este cel mai mare de pe planetă.

Galeria klystron SLAC, o clădire care găzduiește componente care alimentează acceleratorul, se află deasupra acceleratorului. Este una dintre cele mai lungi clădiri moderne din lume. În general, are puțin mai puțin de 3 kilometri lungime, o caracteristică care îi determină pe angajații laboratorului să organizeze o cursă anuală în jurul perimetrului său.

Acceleratoarele de particule sunt cele mai apropiate lucruri pe care le avem față de mașinile de timp, conform Stephen Hawking.

În 2010, fizicianul Stephen Hawking a scris un articol pentru ziarul din Marea Britanie, Daily Mail, care explică modul în care ar putea fi posibil să călătorești în timp. „Am avea nevoie doar de un accelerator de particule suficient de mare pentru a accelera oamenii așa cum accelerăm particulele, a spus el.

O persoană-accelerator cu capacitățile marelui colisionator de hadroni și-ar muta pasagerii aproape de viteza ușoară. Datorită efectelor relativității speciale, o perioadă de timp care ar părea pentru cineva din afara mașinii să dureze câțiva ani ar părea pasagerilor care accelerează să dureze doar câteva zile. În momentul în care au ieșit din calea LHC, ei ar fi fost mai tineri decât noi ceilalți.

Hawking nu ne propunea de fapt să încercăm să construim o astfel de mașină. Dar el a subliniat un mod în care călătoriile în timp se întâmplă deja astăzi. De exemplu, particulele numite pi mezoni au în mod normal o durată scurtă de viață; se dezintegrează după doar milionimi de secundă. Dar când sunt accelerați la aproape viteza luminii, durata lor de viață se extinde dramatic. Se pare că aceste particule călătoresc în timp sau, cel puțin, experimentează timpul mai lent față de alte particule.

Cea mai ridicată temperatură înregistrată de un dispozitiv creat de om a fost atinsă într-un accelerator de particule.

În 2012, Relativistic Laboratorul Național Brookhaven a obținut o lume Guinness Record pentru producerea celei mai fierbinți temperaturi provocate de om din lume, cu 7,2 trilioane de grade Fahrenheit. Dar laboratorul din Long Island a făcut mai mult decât să încălzească lucrurile. A creat o cantitate mică de plasmă de quark-gluon, o stare a materiei despre care se crede că a dominat primele momente ale universului. Această plasmă este atât de fierbinte încât face ca particulele elementare numite quarkuri, care există în general în natură numai legate de alți quarkuri, să se despartă unul de altul.

Oamenii de știință de la CERN au creat de atunci și plasma quark-gluon, la o temperatură și mai mare, în Large Hadron Collider.

Interiorul Large Hadron Collider este mai rece decât spațiul exterior.

Pentru a conduce electricitatea fără rezistență, electromagnetii Large Hadron Collider sunt răcite la temperaturi criogenice. LHC este cel mai mare sistem criogen din lume și funcționează la un nivel înghețat de minus 456,3 grade Fahrenheit. Este unul dintre cele mai reci locuri de pe Pământ și este chiar cu câteva grade mai rece decât spațiul cosmic, care tinde să se odihnească la aproximativ minus 454,9 grade Fahrenheit.

Natura produce acceleratoare de particule mult mai puternice decât orice se face pe Pământ.

Putem construi niște acceleratoare de particule destul de impresionante pe Pământ, dar când vine vorba de realizarea unor energii mari, nu avem nimic pe acceleratoarele de particule care există în mod natural în spațiu.

Cea mai energică rază cosmică observată vreodată a fost un proton accelerat până la o energie de 300 de milioane de trilioane de electronvolți. Nicio sursă cunoscută din galaxia noastră nu este suficient de puternică pentru a fi provocat o astfel de accelerare. Chiar și valul de șoc de la explozia unei stele, care poate trimite particule care zboară mult mai puternic decât un accelerator creat de om, nu are suficient de mult. Oamenii de știință cercetează încă sursa unor astfel de raze cosmice cu energie ultra-înaltă.

Particulă acceleratoarele nu accelerează doar particulele; le fac și ele mai masive.

După cum a prezis Einstein în teoria sa relativității, nici o particulă care are masă nu poate călători la fel de rapid ca viteza luminii – aproximativ 186.000 de mile pe secunda. Indiferent de câtă energie se adaugă unui obiect cu masă, viteza acestuia nu poate atinge această limită.

În acceleratoarele moderne, particulele sunt accelerate până la aproape viteza luminii. De exemplu, injectorul principal din Laboratorul Național de Accelerare Fermi accelerează protoni la 0,99997 ori viteza luminii. Pe măsură ce viteza unei particule se apropie din ce în ce mai mult de viteza luminii, un accelerator oferă din ce în ce mai mult din energia sa cinetică a particulelor.

Deoarece, așa cum ne-a spus Einstein, energia unui obiect este egală la masa sa, viteza luminii la pătrat (E = mc2), adăugarea de energie crește, de fapt, și masa particulelor. A spus un alt mod: acolo unde există mai mult „E”, trebuie să existe mai mulți „m”. Pe măsură ce un obiect cu masă se apropie, dar nu atinge niciodată viteza luminii, masa sa efectivă devine din ce în ce mai mare.

Diametrul primului accelerator circular a fost mai mic de 5 inci; diametrul marelui coliziune de hadroni este mai mare de 5 mile.

În 1930, inspirat de ideile inginerului norvegian Rolf Widerøe, fizicianul în vârstă de 27 de ani Ernest Lawrence a creat primul accelerator de particule circulare la Universitatea din California, Berkeley, împreună cu studentul absolvent M. Stanley Livingston. A accelerat ionii de hidrogen până la energii de 80.000 electronvolți într-o cameră mai mică de 5 inci.

În 1931, Lawrence și Livingston au început să lucreze la un accelerator de 11 inci. Mașina a reușit să accelereze protonii la puțin peste un milion de electronvolți, fapt pe care Livingston l-a raportat lui Lawrence prin telegramă cu comentariul adăugat: „Whoopee!” Lawrence a continuat să construiască acceleratoare și mai mari – și a fondat laboratoarele Lawrence Berkeley și Lawrence Livermore.

Acceleratoarele de particule au parcurs un drum lung de atunci, creând fascicule mai strălucitoare de particule cu energii mai mari decât se imagina anterior posibil. Colizorul mare de hadroni de la CERN are mai mult de 5 mile în diametru (17 mile în circumferință). După actualizările din acest an, LHC va putea accelera protoni la 6,5 trilioane de electronvolți.

În anii 1970, oamenii de știință de la Laboratorul Național de Accelerare Fermi au folosit un dihor numit Felicia pentru a curăța piesele acceleratorului.

Între 1971 și 1999, Laboratorul Meson al Fermilab a fost o parte esențială a experimentelor de fizică cu energie ridicată din laborator. Pentru a afla mai multe despre forțele care țin universul nostru împreună, oamenii de știință de acolo au studiat particule subatomice numite mezoni și protoni. Operatorii ar trimite fascicule de particule dintr-un accele rator la Meson Lab printr-o linie subterană de grinzi subterane.

Pentru a se asigura că sute de picioare de conducte de vid au fost libere de resturi înainte de a le conecta și a porni fasciculul de particule, laboratorul a solicitat ajutorul unuia Felicia dihorul.

Dihorii au o afinitate pentru vizuinarea și urcarea prin găuri, făcându-i specia perfectă pentru această activitate. Sarcina lui Felicia a fost de a trage o cârpă înmuiată în soluție de curățare pe un șir prin secțiuni lungi de țeavă.

Deși munca lui Felicia a fost preluată în cele din urmă de un robot special conceput, a jucat un rol unic și vital în construcție proces și, în schimb, a solicitat doar o dietă constantă de ficat de pui, capete de pește și carne de hamburger.

Acceleratoarele de particule apar în locuri improbabile.

Oamenii de știință tind să construiască acceleratoare de particule mari sub pământ. Acest lucru îi protejează împotriva lovirii și a destabilizării, dar poate de asemenea să le facă puțin mai greu de găsit.

De exemplu, șoferii care circulă pe autostrada Interstate 280 din nordul Californiei s-ar putea să nu o observe, dar principalul accelerator al SLAC National Laboratorul Accelerator rulează sub pământ chiar sub roțile lor.

Locuitorii satelor din mediul rural elvețian-francez trăiesc în vârful celui mai mare colisionator de particule din lume, Large Hadron Collider.

Și de zeci de ani, echipele de la Universitatea Cornell au jucat fotbal, fotbal și lacrosse pe Robison Alumni Fields, la 40 de picioare deasupra inelului de stocare a electronilor Cornell sau CESR. Oamenii de știință folosesc acceleratorul circular de particule pentru a studia fasciculele de particule compacte și pentru a produce lumină cu raze X pentru experimente în biologie, știința materialelor și fizică.