Der Large Hadron Collider im CERN-Labor hat seinen Weg in die Populärkultur gefunden: Der Comedian Jon Stewart scherzt darüber In der Daily Show träumt Charakter Sheldon Cooper in The Big Bang Theory davon und fiktive Bösewichte stehlen fiktive Antimaterie in Angels & Demons.

Trotz ihres Anstiegs Teilchenbeschleuniger haben immer noch Geheimnisse zu teilen. Mit Beiträgen von Wissenschaftlern aus Labors und Institutionen weltweit hat Symmetry eine Liste von 10 Dingen zusammengestellt, die Sie möglicherweise nicht über Teilchenbeschleuniger wissen.

Weltweit sind mehr als 30.000 Beschleuniger in Betrieb.

Beschleuniger sind überall und erledigen eine Vielzahl von Aufgaben. Sie mögen am besten für ihre Rolle in der Teilchenphysikforschung bekannt sein, aber ihre anderen Talente umfassen: Schaffung von tumorzerstörenden Strahlen zur Bekämpfung von Krebs; Abtötung von Bakterien zur Vorbeugung von durch Lebensmittel übertragenen Krankheiten; Entwicklung besserer Materialien zur Herstellung effektiverer Windeln und Schrumpffolien; und Wissenschaftlern helfen, die Kraftstoffeinspritzung zu verbessern, um effizientere Fahrzeuge herzustellen.

Eines der längsten modernen Fahrzeuge Gebäude auf der Welt wurden für einen Teilchenbeschleuniger gebaut.

Linearbeschleuniger, kurz Linacs, sollen einen Teilchenstrahl in einer geraden Linie schleudern. Im Allgemeinen ist der Partikelstempel umso stärker, je länger der Linac ist. Der Linearbeschleuniger im SLAC National Accelerator Laboratory in der Nähe von San Francisco ist der größte auf dem Planeten.

Die Klystron-Galerie von SLAC, ein Gebäude, in dem Komponenten untergebracht sind, die das Gaspedal antreiben, befindet sich auf dem Gaspedal. Es ist eines der längsten modernen Gebäude der Welt. Insgesamt ist es etwas weniger als 3 km lang, eine Funktion, die Labormitarbeiter dazu veranlasst, eine jährliche Fußspur um den Umfang zu halten.

Teilchenbeschleuniger sind laut Stephen Hawking die Dinge, die wir Zeitmaschinen am nächsten kommen.

Im Jahr 2010 schrieb der Physiker Stephen Hawking eine Artikel für die britische Zeitung Daily Mail, in dem erklärt wird, wie es möglich sein könnte, durch die Zeit zu reisen. Wir würden nur einen Teilchenbeschleuniger brauchen, der groß genug ist, um den Menschen so zu beschleunigen, wie wir Teilchen beschleunigen, sagte er.

Ein Personenbeschleuniger mit den Fähigkeiten des Large Hadron Collider würde seine Passagiere mit einer Geschwindigkeit nahe der Geschwindigkeit von bewegen Licht. Aufgrund der Auswirkungen der speziellen Relativitätstheorie scheint eine Zeitspanne, die jemandem außerhalb der Maschine mehrere Jahre dauern würde, den beschleunigenden Passagieren nur wenige Tage zu dauern. Bis sie die LHC-Fahrt verließen, waren sie jünger als wir anderen.

Hawking schlug eigentlich nicht vor, dass wir versuchen, eine solche Maschine zu bauen. Aber er wies darauf hin, dass Zeitreisen bereits heute stattfinden. Beispielsweise sind Teilchen, die als Pi-Mesonen bezeichnet werden, normalerweise von kurzer Dauer. sie zerfallen nach nur Millionstelsekunden. Wenn sie jedoch auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden, verlängern sich ihre Lebensdauern dramatisch. Es scheint, dass diese Partikel sich in der Zeit bewegen oder zumindest die Zeit im Vergleich zu anderen Partikeln langsamer erfahren.

Die höchste von einem künstlichen Gerät gemessene Temperatur wurde in einem Teilchenbeschleuniger erreicht.

2012 erreichte der Relativistic Heavy Ion Collider des Brookhaven National Laboratory eine Guinness-Welt Rekord für die Produktion der heißesten künstlichen Temperatur der Welt, glühende 7,2 Billionen Grad Fahrenheit. Das in Long Island ansässige Labor hat jedoch mehr als nur die Dinge aufgeheizt. Es entstand eine kleine Menge Quark-Gluon-Plasma, ein Zustand der Materie, von dem angenommen wurde, dass er die frühesten Momente des Universums dominiert hat. Dieses Plasma ist so heiß, dass Elementarteilchen, sogenannte Quarks, die in der Natur im Allgemeinen nur an andere Quarks gebunden existieren, voneinander brechen.

Wissenschaftler am CERN haben seitdem auch Quark-Gluon-Plasma erzeugt. bei einer noch höheren Temperatur im Large Hadron Collider.

Das Innere des Large Der Hadron Collider ist kälter als der Weltraum.

Um Elektrizität ohne Widerstand zu leiten, werden die Elektromagnete des Large Hadron Collider auf kryogene Temperaturen abgekühlt. Der LHC ist das größte kryogene System der Welt und arbeitet bei frostigen minus 456,3 Grad Fahrenheit. Es ist einer der kältesten Orte der Erde, und es ist sogar ein paar Grad kälter als der Weltraum, der bei etwa minus 454,9 Grad Fahrenheit ruht.

Die Natur produziert Teilchenbeschleuniger, die viel stärker sind als alles, was auf der Erde hergestellt wird.

Wir können einige ziemlich beeindruckende Teilchenbeschleuniger auf der Erde bauen, aber wenn es darum geht, hohe Energien zu erreichen, haben wir nichts über Teilchenbeschleuniger, die natürlich im Weltraum existieren.

Der energiereichste kosmische Strahl, der jemals beobachtet wurde, war ein Proton, das auf eine Energie von 300 Millionen Billionen Elektronenvolt beschleunigt wurde. Keine bekannte Quelle in unserer Galaxie ist stark genug, um eine solche Beschleunigung verursacht zu haben. Selbst die Schockwelle durch die Explosion eines Sterns, bei der Partikel viel stärker fliegen können als ein künstlicher Beschleuniger, hat nicht genug Schwung. Wissenschaftler untersuchen immer noch die Quelle solcher kosmischen Strahlen mit ultrahoher Energie.

Partikel Beschleuniger beschleunigen nicht nur Partikel; Sie machen sie auch massiver.

Wie Einstein in seiner Relativitätstheorie vorausgesagt hat, kann sich kein Teilchen mit Masse so schnell fortbewegen wie die Lichtgeschwindigkeit – etwa 186.000 Meilen pro Sekunde. Unabhängig davon, wie viel Energie man einem Objekt mit Masse hinzufügt, kann seine Geschwindigkeit diese Grenze nicht erreichen.

In modernen Beschleunigern werden Partikel auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Beispielsweise beschleunigt der Hauptinjektor im Fermi National Accelerator Laboratory die Protonen auf das 0,99997-fache der Lichtgeschwindigkeit. Je näher die Geschwindigkeit eines Teilchens der Lichtgeschwindigkeit kommt, desto mehr verstärkt ein Beschleuniger die kinetische Energie des Teilchens.

Da, wie Einstein uns sagte, die Energie eines Objekts gleich ist Zu seiner Masse mal der Lichtgeschwindigkeit im Quadrat (E = mc2) erhöht das Hinzufügen von Energie praktisch auch die Masse der Partikel. Anders gesagt: Wo es mehr „E“ gibt, muss es mehr „m“ geben. Wenn sich ein Objekt mit Masse der Lichtgeschwindigkeit nähert, diese aber nie erreicht, wird seine effektive Masse immer größer.

Der Durchmesser des ersten Kreisbeschleunigers war kürzer als 5 Zoll; Der Durchmesser des Large Hadron Collider beträgt mehr als 8 km.

1930, inspiriert von den Ideen des norwegischen Ingenieurs Rolf Widerøe, des 27-jährigen Physikers Ernest Lawrence schuf mit dem Doktoranden M. Stanley Livingston den ersten kreisförmigen Teilchenbeschleuniger an der University of California in Berkeley. Es beschleunigte Wasserstoffionen auf Energien von 80.000 Elektronenvolt in einer Kammer mit einem Durchmesser von weniger als 5 Zoll.

1931 begannen Lawrence und Livingston mit der Arbeit an einem 11-Zoll-Beschleuniger. Die Maschine hat es geschafft, Protonen auf etwas mehr als 1 Million Elektronenvolt zu beschleunigen, eine Tatsache, die Livingston Lawrence per Telegramm mit dem zusätzlichen Kommentar „Whoopee!“ Lawrence baute noch größere Beschleuniger – und gründete Laboratorien von Lawrence Berkeley und Lawrence Livermore.

Teilchenbeschleuniger haben seitdem einen langen Weg zurückgelegt und hellere Teilchenstrahlen mit größeren Energien erzeugt, als bisher für möglich gehalten Der große Hadron Collider am CERN hat einen Durchmesser von mehr als 5 Meilen (17 Meilen im Umfang). Nach den diesjährigen Upgrades kann der LHC Protonen auf 6,5 Billionen Elektronenvolt beschleunigen.

In den 1970er Jahren verwendeten Wissenschaftler des Fermi National Accelerator Laboratory ein Frettchen namens Felicia, um Beschleunigerteile zu reinigen.

Von 1971 bis 1999 war das Meson Laboratory von Fermilab ein wichtiger Bestandteil der Experimente der Hochenergiephysik im Labor. Um mehr über die Kräfte zu erfahren, die unser Universum zusammenhalten, untersuchten die Wissenschaftler dort subatomare Teilchen, die Mesonen und Protonen genannt werden. Die Bediener würden Partikelstrahlen von einer Beschleunigung senden Über eine kilometerlange unterirdische Strahllinie zum Meson Lab.

Um sicherzustellen, dass mehrere hundert Fuß Vakuumrohre frei von Schmutz sind, bevor sie angeschlossen und der Partikelstrahl eingeschaltet werden, hat das Labor die Hilfe eines solchen in Anspruch genommen Felicia das Frettchen.

Frettchen haben eine Affinität zum Graben und Klettern durch Löcher, was sie zur perfekten Spezies für diesen Job macht. Felicias Aufgabe war es, einen in Reinigungslösung getauchten Lappen an einer Schnur durch lange Rohrabschnitte zu ziehen.

Obwohl Felicias Arbeit schließlich von einem speziell entwickelten Roboter übernommen wurde, spielte sie eine einzigartige und wichtige Rolle bei der Konstruktion Prozess – und im Gegenzug nur nach einer festen Ernährung mit Hühnerleber, Fischköpfen und Hamburgerfleisch gefragt.

Teilchenbeschleuniger tauchen an unwahrscheinlichen Orten auf.

Wissenschaftler neigen dazu, große Teilchenbeschleuniger unter der Erde zu konstruieren. Dies schützt sie vor Stößen und Destabilisierungen, kann sie aber auch etwas schwerer zu finden machen.

Zum Beispiel bemerken Autofahrer, die die Interstate 280 in Nordkalifornien hinunterfahren, dies möglicherweise nicht, aber das Hauptbeschleuniger bei SLAC National Das Accelerator Laboratory läuft unter der Erde direkt unter ihren Rädern.

Einwohner von Dörfern in der schweizerisch-französischen Landschaft leben auf dem energiereichsten Partikelcollider der Welt, dem Large Hadron Collider.

Und seit Jahrzehnten spielen Teams an der Cornell University Fußball, Fußball und Lacrosse auf Robison Alumni Fields 40 Fuß über dem Cornell Electron Storage Ring (CESR). Wissenschaftler verwenden den kreisförmigen Teilchenbeschleuniger, um kompakte Teilchenstrahlen zu untersuchen und Röntgenlicht für Experimente in Biologie, Materialwissenschaften und Physik zu erzeugen.