Преди няколко години се предвиждаше, че щом адронният колайдер бъде пуснат в експлоатация, ще настъпи краят на света. Този огромен ускорител на протони и йони, построен в швейцарския ЦЕРН, с право е признат за най-голямото експериментално съоръжение в света. Построен е от десетки хиляди учени от много страни по света. Наистина може да се нарече международна институция. Всичко обаче започна на съвсем друго ниво, преди всичко, за да може да се определи скоростта на протона в ускорителя. Става дума за историята на създаването и етапите на развитие на такива ускорители, които ще бъдат обсъдени по-долу.
Начална история
След като беше открито наличието на алфа-частици и атомните ядра започнаха да се изучават директно, хората започнаха да се опитват да експериментират върху тях. Първоначално тук не се говори за протонни ускорители, тъй като нивото на технологията беше сравнително ниско. Истинската ера на създаването на ускорителни технологии започва едва през30-те години на миналия век, когато учените започнаха целенасочено да разработват схеми за ускорение на частиците. Двама учени от Обединеното кралство са първите, които проектират специален генератор на постоянно напрежение през 1932 г., което позволява на останалите да започнат ерата на ядрената физика, което става възможно на практика.
Външният вид на циклотрона
Циклотронът, а именно името на първия протонен ускорител, се появява като идея на учения Ърнест Лорънс още през 1929 г., но той успява да го проектира едва през 1931 г. Изненадващо, първата проба беше достатъчно малка, само около десетина сантиметра в диаметър и следователно можеше само леко да ускори протоните. Цялата концепция на неговия ускорител беше да използва не електрическо, а магнитно поле. Протонният ускорител в такова състояние е насочен не към директно ускоряване на положително заредените частици, а към извиване на тяхната траектория до такова състояние, че те летят в кръг в затворено състояние.
Това направи възможно създаването на циклотрон, състоящ се от два кухи полудиска, вътре в които се въртят протоните. Всички други циклотрони се основават на тази теория, но за да получат много повече мощност, те стават все по-неудобни. До 40-те години стандартният размер на такъв протонен ускорител започва да се равнява на сгради.
За изобретяването на циклотрона Лорънс е удостоен с Нобелова награда по физика през 1939 г.
Синхрофазотрони
Въпреки това, тъй като учените се опитваха да направят протонния ускорител по-мощен,Проблеми. Често те бяха чисто технически, тъй като изискванията към получената среда бяха невероятно високи, но отчасти бяха във факта, че частиците просто не се ускоряват, както се изисква от тях. Нов пробив през 1944 г. прави Владимир Векслер, който измисля принципа на автофазиране. Изненадващо, американският учен Едуин Макмилан направи същото година по-късно. Те предложиха да се регулира електрическото поле, така че да въздейства върху самите частици, ако е необходимо, да ги коригира или, обратно, да ги забави. Това даде възможност да се запази движението на частиците под формата на един куп, а не размазана маса. Такива ускорители се наричат синхрофазотрон.
Collider
За да може ускорителят да ускори протоните до кинетична енергия, започнаха да се изискват още по-мощни структури. Така се раждат колайдерите, които работят, като използват два лъча от частици, които се въртят в противоположни посоки. И тъй като те са поставени един към друг, частиците ще се сблъскат. Идеята се ражда за първи път през далечната 1943 г. от физика Ролф Видерьое, но е било възможно да се развие едва през 60-те години, когато се появяват нови технологии, които могат да осъществят този процес. Това направи възможно увеличаването на броя на новите частици, които биха се появили в резултат на сблъсъка.
Всички разработки през следващите години директно доведоха до изграждането на огромно съоръжение - Големия адронен колайдер през 2008 г., който по своята структура представлява пръстен с дължина 27 километра. Вярва се, чеименно експериментите, проведени в него, ще помогнат да разберем как се е формирал нашия свят и неговата дълбока структура.
Изстрелване на Големия адронен колайдер
Първият опит за пускане в експлоатация на този колайдер беше направен през септември 2008 г. 10 септември се счита за ден на официалното му стартиране. Въпреки това, след поредица от успешни тестове, възникна авария - след 9 дни тя се провали и затова беше принудена да бъде затворена за ремонт.
Новите тестове започнаха едва през 2009 г., но до 2014 г. съоръжението работеше при изключително ниска енергия, за да предотврати по-нататъшни повреди. Точно по това време е открит бозонът на Хигс, което предизвика скок в научната общност.
В момента се извършват почти всички изследвания в областта на тежките йони и леките ядра, след което LHC отново ще бъде затворен за модернизация до 2021 г. Смята се, че ще може да работи приблизително до 2034 г., след което по-нататъшни изследвания ще изискват създаването на нови ускорители.
Днешната картина
В момента ограничението за проектиране на ускорителите е достигнало своя връх, така че единствената възможност е да се създаде линеен протонен ускорител, подобен на използваните в момента в медицината, но много по-мощен. CERN се опита да пресъздаде миниатюрна версия на устройството, но нямаше забележим напредък в тази област. Планира се този модел на линеен колайдер да бъде директно свързан към LHC, за да провокираплътността и интензитета на протоните, които след това ще бъдат насочени директно към самия колайдер.
Заключение
С появата на ядрената физика започва ерата на развитие на ускорителите на частици. Те са преминали през множество етапи, всеки от които е донесъл множество открития. Сега е невъзможно да се намери човек, който никога през живота си не е чувал за Големия адронен колайдер. Той е споменат в книги, филми - предсказвайки, че ще помогне да се разкрият всички тайни на света или просто ще го сложи край. Не е известно със сигурност до какво ще доведат всички експерименти на ЦЕРН, но с използването на ускорители учените успяха да отговорят на много въпроси.
