Prieš keletą metų buvo prognozuojama, kad kai tik bus pradėtas eksploatuoti hadronų greitintuvas, ateis pasaulio pabaiga. Šis didžiulis protonų ir jonų greitintuvas, pastatytas Šveicarijos CERN, pagrįstai pripažintas didžiausiu eksperimentiniu įrenginiu pasaulyje. Jį pastatė dešimtys tūkstančių mokslininkų iš daugelio pasaulio šalių. Tai tikrai gali būti vadinama tarptautine institucija. Tačiau viskas prasidėjo visiškai kitame lygyje, pirmiausia tam, kad būtų galima nustatyti protono greitį akceleratoriuje. Apie tokių greitintuvų sukūrimo istoriją ir raidos etapus bus kalbama toliau.
Pradžios istorija
Atradus alfa dalelių buvimą ir pradėjus tiesiogiai tirti atomų branduolius, žmonės pradėjo bandyti su jais eksperimentuoti. Iš pradžių čia nebuvo kalbos apie jokius protonų greitintuvus, nes technologijų lygis buvo palyginti žemas. Tikroji greitintuvo technologijos kūrimo era prasidėjo tik m30-ųjų praėjusio amžiaus, kai mokslininkai pradėjo kryptingai kurti dalelių pagreičio schemas. Du mokslininkai iš JK pirmieji 1932 m. sukūrė specialų nuolatinės srovės įtampos generatorių, kuris leido kitiems pradėti branduolinės fizikos erą, kuri tapo įmanoma praktiškai.
Ciklotrono išvaizda
Ciklotronas, būtent pirmojo protonų greitintuvo pavadinimas, mokslininkui Ernestui Lawrence'ui kilo kaip idėja dar 1929 m., tačiau jis sugebėjo jį sukurti tik 1931 m. Keista, kad pirmasis mėginys buvo pakankamai mažas, tik apie keliolika centimetrų skersmens, todėl galėjo tik šiek tiek pagreitinti protonus. Visa jo greitintuvo idėja buvo naudoti ne elektrinį, o magnetinį lauką. Tokios būsenos protonų greitintuvas buvo skirtas ne tiesiogiai pagreitinti teigiamai įkrautas daleles, o iškreipti jų trajektoriją iki tokios būsenos, kad jos skristų ratu uždaroje būsenoje.
Tai leido sukurti ciklotroną, sudarytą iš dviejų tuščiavidurių pusdisko, kurio viduje sukasi protonai. Visi kiti ciklotronai buvo pagrįsti šia teorija, tačiau norėdami gauti daug daugiau galios, jie darėsi vis sunkesni. 40-aisiais standartinis tokio protonų greitintuvo dydis pradėjo prilygti pastatams.
Būtent už ciklotrono išradimą Lawrence'as 1939 m. buvo apdovanotas Nobelio fizikos premija.
Sinchrofasotronai
Tačiau mokslininkams bandant padaryti protonų greitintuvą galingesnį,Problemos. Dažnai jie buvo grynai techniniai, nes reikalavimai gautai terpei buvo neįtikėtinai aukšti, tačiau iš dalies jie buvo susiję su tuo, kad dalelės tiesiog neįsibėgėjo taip, kaip iš jų reikalaujama. Naują proveržį 1944 m. padarė Vladimiras Veksleris, sugalvojęs automatinio fazavimo principą. Keista, bet po metų tą patį padarė amerikiečių mokslininkas Edwinas Macmillanas. Jie siūlė sureguliuoti elektrinį lauką taip, kad jis paveiktų pačias daleles, prireikus jas koreguoti arba, atvirkščiai, sulėtinti. Tai leido išlaikyti dalelių judėjimą vienos krūvos, o ne neryškios masės pavidalu. Tokie greitintuvai vadinami sinchrofasotronu.
Collider
Kad greitintuvas pagreitintų protonus iki kinetinės energijos, pradėjo reikalauti dar galingesnių struktūrų. Taip gimė greitintuvai, kurie veikė naudojant du dalelių pluoštus, besisukančius priešingomis kryptimis. Ir kadangi jie buvo dedami vienas į kitą, dalelės susidurtų. Pirmą kartą 1943 m. idėją pagimdė fizikas Rolfas Wideröe, tačiau ją išplėtoti pavyko tik septintajame dešimtmetyje, kai atsirado naujų technologijų, galinčių atlikti šį procesą. Tai leido padidinti naujų dalelių, kurios atsirastų dėl susidūrimo, skaičių.
Visi tolesnių metų pokyčiai tiesiogiai paskatino 2008 m. pastatyti didžiulį objektą – Didįjį hadronų greitintuvą, kurio struktūra yra 27 kilometrų ilgio žiedas. Manoma, kadbūtent jame atlikti eksperimentai padės suprasti, kaip susiformavo mūsų pasaulis, ir jo giliąją sandarą.
Paleistas Didysis hadronų greitintuvas
Pirmasis bandymas pradėti eksploatuoti šį greitintuvą buvo atliktas 2008 m. rugsėjo mėn. Rugsėjo 10-oji laikoma jo oficialaus paleidimo diena. Tačiau po sėkmingų bandymų įvyko nelaimė – po 9 dienų ji nepavyko, todėl buvo priverstas uždaryti remontui.
Nauji bandymai pradėti tik 2009 m., tačiau iki 2014 m. įrenginys veikė labai mažai energijos, kad būtų išvengta tolesnių gedimų. Būtent tuo metu buvo aptiktas Higso bozonas, kuris sukėlė mokslo bendruomenės bangą.
Šiuo metu beveik visi tyrimai atliekami sunkiųjų jonų ir lengvųjų branduolių srityje, po kurių LHC vėl bus uždarytas modernizavimui iki 2021 m. Manoma, kad jis veiks maždaug iki 2034 m., o po to tolesniems tyrimams reikės sukurti naujų greitintuvų.
Šiandienos paveikslas
Šiuo metu greitintuvų konstrukcijos riba pasiekė aukščiausią tašką, todėl vienintelė galimybė – sukurti linijinį protonų greitintuvą, panašų į šiuo metu medicinoje naudojamus, bet daug galingesnį. CERN bandė atkurti miniatiūrinę įrenginio versiją, tačiau pastebimos pažangos šioje srityje nebuvo. Šį linijinio greitintuvo modelį planuojama tiesiogiai prijungti prie LHC, siekiant provokuotiprotonų tankis ir intensyvumas, kurie vėliau bus nukreipti tiesiai į patį greitintuvą.
Išvada
Atėjus branduolinei fizikai, prasidėjo dalelių greitintuvų kūrimo era. Jie išgyveno daugybę etapų, kurių kiekvienas atnešė daugybę atradimų. Dabar neįmanoma rasti žmogaus, kuris niekada gyvenime nebūtų girdėjęs apie Didįjį hadronų greitintuvą. Jis minimas knygose, filmuose – pranašaujant, kad padės atskleisti visas pasaulio paslaptis arba tiesiog jį užbaigs. Nėra tiksliai žinoma, prie ko baigsis visi CERN eksperimentai, tačiau naudojant greitintuvus mokslininkai galėjo atsakyti į daugelį klausimų.
