Pred nekaj leti je bilo napovedano, da bo konec sveta takoj, ko bo zaživel hadronski trkalnik. Ta ogromen pospeševalnik protonov in ionov, zgrajen v švicarskem CERN-u, je upravičeno priznan kot največji eksperimentalni objekt na svetu. Zgradilo ga je več deset tisoč znanstvenikov iz mnogih držav sveta. Resnično jo lahko imenujemo mednarodna institucija. Vendar se je vse začelo na povsem drugi ravni, najprej zato, da bi lahko določili hitrost protona v pospeševalniku. O zgodovini nastanka in fazah razvoja takšnih pospeševalnikov bo govora v nadaljevanju.
Začetek zgodovine
Potem ko so odkrili prisotnost alfa delcev in začeli neposredno preučevati atomska jedra, so ljudje začeli poskušati na njih eksperimentirati. Sprva tukaj ni bilo govora o kakšnih protonskih pospeševalnikih, saj je bila raven tehnologije razmeroma nizka. Prava doba ustvarjanja tehnologije pospeševalnikov se je začela šele leta30-ih let prejšnjega stoletja, ko so znanstveniki začeli namensko razvijati sheme pospeševanja delcev. Dva znanstvenika iz Združenega kraljestva sta leta 1932 prva zasnovala poseben generator enosmerne napetosti, ki je drugim omogočil začetek dobe jedrske fizike, kar je postalo mogoče v praksi.
Izgled ciklotrona
Ciklotron, in sicer ime prvega protonskega pospeševalnika, se je kot ideja pojavil že leta 1929 znanstveniku Ernestu Lawrenceu, a ga je lahko zasnoval šele leta 1931. Presenetljivo je bil prvi vzorec dovolj majhen, le kakih ducat centimetrov v premeru, in je zato lahko le malo pospešil protone. Celoten koncept njegovega pospeševalnika je bil, da ne uporablja električnega, temveč magnetnega polja. Protonski pospeševalnik v takem stanju ni bil namenjen neposrednemu pospeševanju pozitivno nabitih delcev, temveč ukrivljenosti njihove poti do takšnega stanja, da so leteli v krogu v zaprtem stanju.
To je omogočilo ustvarjanje ciklotrona, sestavljenega iz dveh votlih polovičnih diskov, znotraj katerih so se vrteli protoni. Vsi drugi ciklotroni so temeljili na tej teoriji, a da bi dobili veliko več moči, so postajali vedno bolj okorni. Do 40. let prejšnjega stoletja je standardna velikost takšnega protonskega pospeševalnika začela ustrezati zgradbam.
Za izum ciklotrona je Lawrence leta 1939 prejel Nobelovo nagrado za fiziko.
Sinhrofazotroni
Vendar so znanstveniki poskušali narediti protonski pospeševalnik močnejši,Težave. Pogosto so bile zgolj tehnične narave, saj so bile zahteve za nastali medij neverjetno visoke, deloma pa so bile v tem, da se delci preprosto niso pospeševali, kot bi od njih zahtevali. Nov preboj je leta 1944 naredil Vladimir Veksler, ki je izumil princip samofaziranja. Presenetljivo je to storil ameriški znanstvenik Edwin Macmillan leto pozneje. Predlagali so, da se električno polje prilagodi tako, da vpliva na same delce, če je potrebno, jih prilagodi ali, nasprotno, upočasni. To je omogočilo ohranjanje gibanja delcev v obliki enega samega kupa in ne zamegljene mase. Takšni pospeševalniki se imenujejo sinhrofazotron.
Collider
Da bi pospeševalnik pospešil protone do kinetične energije, so začele biti potrebne še močnejše strukture. Tako so se rodili trkalniki, ki so delovali z uporabo dveh snopov delcev, ki bi se vrtela v nasprotnih smereh. In ker so bili postavljeni drug proti drugemu, bi delci trčili. Idejo je leta 1943 prvi rodil fizik Rolf Wideröe, vendar jo je bilo mogoče razviti šele v 60. letih, ko so se pojavile nove tehnologije, ki bi lahko izpeljale ta proces. To je omogočilo povečanje števila novih delcev, ki bi se pojavili kot posledica trka.
Vsa dogajanja v naslednjih letih so neposredno privedla do izgradnje ogromnega objekta - Velikega hadronskega trkalnika v letu 2008, ki je po svoji strukturi obroč dolg 27 kilometrov. Verjame se, daeksperimenti, izvedeni v njem, bodo pomagali razumeti, kako je nastal naš svet in njegovo globoko strukturo.
Izstrelitev velikega hadronskega trkalnika
Prvi poskus zagona tega trkalnika je bil izveden septembra 2008. 10. september velja za dan njegovega uradnega lansiranja. Vendar se je po vrsti uspešnih testov zgodila nesreča - po 9 dneh ni uspela, zato so jo morali zapreti zaradi popravil.
Novi testi so se začeli šele leta 2009, vendar je do leta 2014 objekt deloval z izjemno nizko energijo, da bi preprečili nadaljnje okvare. V tem času je bil odkrit Higgsov bozon, ki je povzročil porast v znanstveni skupnosti.
Trenutno se skoraj vse raziskave izvajajo na področju težkih ionov in lahkih jeder, nato pa bo LHC ponovno zaprt zaradi posodobitve do leta 2021. Verjame se, da bo lahko deloval do približno leta 2034, nato pa bodo nadaljnje raziskave zahtevale ustvarjanje novih pospeševalnikov.
Današnja slika
Trenutno je meja načrtovanja pospeševalnikov dosegla svoj vrhunec, zato je edina možnost ustvariti linearni protonski pospeševalnik, podoben tistim, ki se trenutno uporabljajo v medicini, vendar veliko močnejši. CERN je poskušal poustvariti miniaturno različico naprave, vendar na tem področju ni bilo opaznega napredka. Ta model linearnega trkalnika naj bi bil neposredno povezan z LHC, da bi provociralgostoto in intenzivnost protonov, ki bodo nato usmerjeni neposredno v sam trkalnik.
Sklep
S prihodom jedrske fizike se je začela doba razvoja pospeševalnikov delcev. Šli so skozi številne faze, od katerih je vsaka prinesla številna odkritja. Zdaj je nemogoče najti osebo, ki še nikoli v življenju ni slišala za Veliki hadronski trkalnik. Omenjajo ga v knjigah, filmih - napovedujejo, da bo pomagal razkriti vse skrivnosti sveta ali ga preprosto končal. Zagotovo ni znano, do česa bodo pripeljali vsi poskusi CERN-a, vendar so znanstveniki z uporabo pospeševalnikov lahko odgovorili na številna vprašanja.
