Prije nekoliko godina bilo je predviđeno da će čim hadronski sudarač bude pušten u rad, doći smak svijeta. Ovaj ogromni akcelerator protona i jona, izgrađen u švicarskom CERN-u, s pravom je priznat kao najveći eksperimentalni pogon na svijetu. Izgradilo ga je desetine hiljada naučnika iz mnogih zemalja svijeta. Zaista se može nazvati međunarodnom institucijom. Međutim, sve je počelo na sasvim drugom nivou, prije svega, da bi se mogla odrediti brzina protona u akceleratoru. Reč je o istoriji nastanka i fazama razvoja ovakvih akceleratora o kojima će biti reči u nastavku.
Početak istorije
Nakon što je otkriveno prisustvo alfa čestica i atomska jezgra su počela direktno da se proučavaju, ljudi su počeli da pokušavaju da eksperimentišu na njima. U početku nije bilo govora o bilo kakvim protonskim akceleratorima, jer je nivo tehnologije bio relativno nizak. Prava era stvaranja akceleratorske tehnologije započela je tek godine30-ih godina prošlog stoljeća, kada su naučnici počeli namjerno razvijati šeme ubrzanja čestica. Dva naučnika iz Velike Britanije su 1932. godine prva dizajnirala poseban generator istosmjernog napona, koji je omogućio ostalima da započnu eru nuklearne fizike, što je postalo moguće u praksi.
Izgled ciklotrona
Ciklotron, odnosno naziv prvog protonskog akceleratora, pojavio se kao ideja naučniku Ernestu Lawrenceu još 1929. godine, ali ga je mogao dizajnirati tek 1931. godine. Iznenađujuće, prvi uzorak je bio dovoljno mali, samo desetak centimetara u prečniku, i stoga je mogao samo malo da ubrza protone. Cijeli koncept njegovog akceleratora bio je da koristi ne električno, već magnetsko polje. Protonski akcelerator u takvom stanju nije bio usmjeren na direktno ubrzanje pozitivno nabijenih čestica, već na zakrivljenje njihove putanje do takvog stanja da lete u krugu u zatvorenom stanju.
To je omogućilo stvaranje ciklotrona, koji se sastoji od dva šuplja poludiska, unutar kojih se rotiraju protoni. Svi ostali ciklotroni su bili zasnovani na ovoj teoriji, ali da bi dobili mnogo više snage, postajali su sve nezgrapniji. Do 40-ih godina standardna veličina takvog protonskog akceleratora počela je biti jednaka zgradama.
Za pronalazak ciklotrona Lawrence je dobio Nobelovu nagradu za fiziku 1939.
Sinhrofazotroni
Međutim, kako su naučnici pokušavali da protonski akcelerator učine moćnijim,Problemi. Često su bile čisto tehničke prirode, budući da su zahtjevi za rezultirajućim medijem bili nevjerovatno visoki, ali dijelom su bili i u činjenici da se čestice jednostavno nisu ubrzavale kako se od njih traži. Novi proboj 1944. godine napravio je Vladimir Veksler, koji je osmislio princip autofaziranja. Iznenađujuće, američki naučnik Edwin Macmillan učinio je isto godinu dana kasnije. Predložili su podešavanje električnog polja tako da utječe na same čestice, ako je potrebno, prilagođavajući ih ili, obrnuto, usporavajući ih. To je omogućilo da se kretanje čestica zadrži u obliku jedne gomile, a ne mutne mase. Takvi akceleratori se nazivaju sinhrofazotroni.
Collider
Da bi akcelerator ubrzao protone do kinetičke energije, počele su biti potrebne još snažnije strukture. Tako su rođeni sudarači koji su radili koristeći dva snopa čestica koje bi se okretale u suprotnim smjerovima. A pošto su postavljene jedna prema drugoj, čestice bi se sudarile. Ideju je prvi rodio davne 1943. fizičar Rolf Wideröe, ali je nije bilo moguće razviti sve do 60-ih godina, kada su se pojavile nove tehnologije koje su mogle izvršiti ovaj proces. Ovo je omogućilo povećanje broja novih čestica koje bi se pojavile kao rezultat sudara.
Svi razvoji tokom narednih godina direktno su doveli do izgradnje ogromnog objekta - Velikog hadronskog sudarača 2008. godine, koji po svojoj strukturi predstavlja prsten dug 27 kilometara. Vjeruje se daeksperimenti izvedeni u njemu pomoći će razumjeti kako je naš svijet formiran i njegovu duboku strukturu.
Pokretanje Velikog hadronskog sudarača
Prvi pokušaj puštanja u rad ovog kolajdera napravljen je u septembru 2008. 10. septembar se smatra danom njegovog zvaničnog pokretanja. Međutim, nakon niza uspješnih testova, dogodila se nesreća - nakon 9 dana nije uspjela, te je zato bila prinuđena da se zatvori radi popravke.
Novi testovi počeli su tek 2009. godine, ali do 2014. godine postrojenje je radilo na izuzetno niskoj energiji kako bi se spriječili daljnji kvarovi. U to vrijeme je otkriven Higsov bozon, što je izazvalo nalet u naučnoj zajednici.
Trenutno se izvode skoro sva istraživanja u oblasti teških jona i lakih jezgara, nakon čega će LHC ponovo biti zatvoren radi modernizacije do 2021. godine. Vjeruje se da će moći raditi do otprilike 2034. godine, nakon čega će daljnja istraživanja zahtijevati stvaranje novih akceleratora.
Današnje slikanje
U ovom trenutku, ograničenje dizajna akceleratora je dostiglo svoj vrhunac, tako da je jedina opcija da se napravi linearni protonski akcelerator sličan onima koji se trenutno koriste u medicini, ali mnogo moćniji. CERN je pokušao rekreirati minijaturnu verziju uređaja, ali nije bilo primjetnog napretka u ovoj oblasti. Planirano je da se ovaj model linearnog sudarača direktno poveže na LHC radi provociranjagustinu i intenzitet protona, koji će zatim biti usmjereni direktno u sam sudarač.
Zaključak
Pojavom nuklearne fizike, započela je era razvoja akceleratora čestica. Prošli su kroz brojne faze, od kojih je svaka donijela brojna otkrića. Sada je nemoguće pronaći osobu koja nikada u životu nije čula za Veliki hadronski sudarač. Spominje se u knjigama, filmovima - predviđajući da će pomoći u otkrivanju svih tajni svijeta ili ga jednostavno okončati. Ne zna se pouzdano do čega će sve eksperimenti CERN-a dovesti, ali uz korištenje akceleratora, naučnici su uspjeli odgovoriti na mnoga pitanja.
