Useita vuosia sitten ennustettiin, että heti kun Hadron Collider otettiin käyttöön, tulee maailmanloppu. Tämä v altava protoni- ja ionikiihdytin, joka on rakennettu sveitsiläisessä CERN:ssä, tunnustetaan oikeutetusti maailman suurimmaksi koelaitokseksi. Sen rakensivat kymmenet tuhannet tutkijat monista maailman maista. Sitä voidaan todellakin kutsua kansainväliseksi instituutioksi. Kaikki alkoi kuitenkin täysin eri tasolta, ennen kaikkea protonin nopeuden määrittämiseksi kiihdyttimessä. Alla käsitellään tällaisten kiihdyttimien luomishistoriaa ja kehitysvaiheita.
Alkuhistoria
Kun alfahiukkasten esiintyminen havaittiin ja atomiytimiä alettiin tutkia suoraan, ihmiset alkoivat yrittää kokeilla niitä. Aluksi täällä ei puhuttu mistään protonikiihdyttimistä, koska tekniikan taso oli suhteellisen alhainen. Kiihdytintekniikan luomisen todellinen aikakausi alkoi vasta vuonnaViime vuosisadan 30-luvulla, jolloin tutkijat alkoivat määrätietoisesti kehittää hiukkaskiihdytysjärjestelmiä. Kaksi brittiläistä tiedemiestä suunnitteli ensimmäisenä erityisen tasajännitegeneraattorin vuonna 1932, mikä antoi muille mahdollisuuden aloittaa ydinfysiikan aikakauden, mikä tuli mahdolliseksi käytännössä.
Syklotronin ulkonäkö
Syklotroni, nimittäin ensimmäisen protonikiihdytin, ilmaantui ideana tiedemiehelle Ernest Lawrencelle jo vuonna 1929, mutta hän pystyi suunnittelemaan sen vasta vuonna 1931. Yllättäen ensimmäinen näyte oli tarpeeksi pieni, vain noin tusina senttimetriä halkaisij altaan, ja siksi se kykeni vain hieman kiihdyttämään protoneja. Hänen kiihdytinnsä ideana ei ollut sähköisen, vaan magneettikentän käyttö. Protonikiihdyttimen tarkoituksena ei ollut tällaisessa tilassa suoraan kiihdyttää positiivisesti varautuneita hiukkasia, vaan kaareuttaa niiden liikerata sellaiseen tilaan, että ne lensivät ympyrää suljetussa tilassa.
Tämä teki mahdolliseksi luoda syklotroni, joka koostuu kahdesta ontosta puolikiekosta, joiden sisällä protonit pyörivät. Kaikki muut syklotronit perustuivat tähän teoriaan, mutta saadakseen paljon enemmän tehoa, niistä tuli yhä raskaampia. 40-luvulla tällaisen protonikiihdyttimen standardikoko alkoi vastata rakennuksia.
Syklotronin keksimisestä Lawrencelle myönnettiin Nobelin fysiikan palkinto vuonna 1939.
Synkrofasotronit
Kuitenkin kun tiedemiehet yrittivät tehdä protonikiihdyttimestä tehokkaamman,Ongelmia. Usein ne olivat puhtaasti teknisiä, koska vaatimukset syntyvälle väliaineelle olivat uskomattoman korkeat, mutta osittain ne johtuivat siitä, että hiukkaset eivät yksinkertaisesti kiihtyneet niin kuin niiltä vaadittiin. Uuden läpimurron vuonna 1944 teki Vladimir Veksler, joka keksi automaattisen vaiheistuksen periaatteen. Yllättäen amerikkalainen tiedemies Edwin Macmillan teki saman vuotta myöhemmin. He ehdottivat sähkökentän säätämistä siten, että se vaikuttaa itse hiukkasiin, tarvittaessa säätämällä niitä tai päinvastoin hidastaen niitä. Tämä mahdollisti hiukkasten liikkeen pitämisen yhtenä nippuna, ei epäselvän massan muodossa. Tällaisia kiihdyttimiä kutsutaan synkrofasotroniksi.
Collider
Jotta kiihdytin kiihdyttää protonit kineettiseksi energiaksi, alettiin vaatia entistä tehokkaampia rakenteita. Näin syntyivät törmäajat, jotka toimivat käyttämällä kahta vastakkaisiin suuntiin pyörivää hiukkassädettä. Ja koska ne asetettiin toisiaan kohti, hiukkaset törmäävät. Ajatuksen syntyi ensimmäisen kerran vuonna 1943 fyysikko Rolf Wideröe, mutta sitä pystyttiin kehittämään vasta 60-luvulla, jolloin ilmestyi uusia tekniikoita, jotka pystyivät toteuttamaan tämän prosessin. Tämä mahdollisti törmäyksen seurauksena ilmaantuvien uusien hiukkasten määrän lisäämisen.
Kaikki kehitys seuraavien vuosien aikana johti suoraan v altavan laitoksen rakentamiseen - Large Hadron Collideriin vuonna 2008, joka rakenteeltaan on 27 kilometriä pitkä rengas. Uskotaan ettäsiinä suoritetut kokeet auttavat ymmärtämään, miten maailmamme muodostui ja sen syvärakenne.
Large Hadron Collider laukaistiin
Ensimmäinen yritys ottaa tämä törmäyskone käyttöön tehtiin syyskuussa 2008. Syyskuun 10. päivää pidetään sen virallisena julkaisupäivänä. Useiden onnistuneiden testien jälkeen tapahtui kuitenkin onnettomuus - 9 päivän kuluttua se epäonnistui, ja siksi se joutui sulkemaan korjauksen vuoksi.
Uudet testit aloitettiin vasta vuonna 2009, mutta vuoteen 2014 asti laitos toimi äärimmäisen alhaisella energiankulutuksella uusien vikojen estämiseksi. Juuri tuolloin löydettiin Higgsin bosoni, joka aiheutti nousun tiedeyhteisössä.
Tällä hetkellä lähes kaikki tutkimustyöt tehdään raskaiden ionien ja kevyiden ytimien alalla, minkä jälkeen LHC suljetaan jälleen modernisoinnin vuoksi vuoteen 2021 asti. Sen uskotaan toimivan noin vuoteen 2034 asti, minkä jälkeen lisätutkimukset edellyttävät uusien kiihdyttimien luomista.
Tämän päivän maalaus
Tällä hetkellä kiihdyttimien suunnitteluraja on saavuttanut huippunsa, joten ainoa vaihtoehto on luoda lineaarinen protonikiihdytin, joka on samanlainen kuin lääketieteessä tällä hetkellä käytössä, mutta paljon tehokkaampi. CERN yritti luoda pienoisversion laitteesta, mutta tällä alueella ei havaittu edistystä. Tämä lineaarisen törmäyslaitteen malli on suunniteltu kytkettäväksi suoraan LHC:hen provosoimiseksiprotonien tiheys ja intensiteetti, jotka sitten ohjataan suoraan itse törmätimeen.
Johtopäätös
Ydinfysiikan myötä hiukkaskiihdyttimien kehityksen aikakausi alkoi. He ovat käyneet läpi lukuisia vaiheita, joista jokainen on tuonut lukuisia löytöjä. Nyt on mahdotonta löytää henkilöä, joka ei ole koskaan kuullut suuresta hadronitörmäyttimestä elämässään. Hänet mainitaan kirjoissa, elokuvissa - ennustaen, että hän auttaa paljastamaan kaikki maailman salaisuudet tai yksinkertaisesti lopettamaan sen. Ei tiedetä varmasti, mihin kaikki CERN-kokeet johtavat, mutta kiihdyttimiä käyttämällä tiedemiehet pystyivät vastaamaan moniin kysymyksiin.
