Pirms vairākiem gadiem tika prognozēts, ka, tiklīdz Hadronu paātrinātājs tiks nodots ekspluatācijā, pienāks pasaules gals. Šis milzīgais protonu un jonu paātrinātājs, kas uzbūvēts Šveices CERN, ir pamatoti atzīts par lielāko eksperimentālo iekārtu pasaulē. To uzcēla desmitiem tūkstošu zinātnieku no daudzām pasaules valstīm. To patiesi var saukt par starptautisku iestādi. Taču viss sākās pavisam citā līmenī, pirmkārt, lai varētu noteikt protona ātrumu akseleratorā. Par šādu paātrinātāju radīšanas vēsturi un attīstības posmiem tiks runāts tālāk.
Sākuma vēsture
Pēc tam, kad alfa daļiņu klātbūtne tika atklāta un atomu kodolus sāka tieši pētīt, cilvēki sāka mēģināt ar tiem eksperimentēt. Sākumā šeit nebija runas par protonu paātrinātājiem, jo tehnoloģiju līmenis bija salīdzinoši zems. Patiesais akseleratora tehnoloģiju radīšanas laikmets sākās tikai gadāPagājušā gadsimta 30. gadi, kad zinātnieki sāka mērķtiecīgi izstrādāt daļiņu paātrinājuma shēmas. Divi zinātnieki no Apvienotās Karalistes bija pirmie, kas 1932. gadā izstrādāja īpašu līdzstrāvas sprieguma ģeneratoru, kas ļāva pārējiem sākt kodolfizikas laikmetu, kas kļuva iespējams praksē.
Ciklotrona izskats
Ciklotrons, proti, pirmā protonu paātrinātāja nosaukums, zinātniekam Ernestam Lorensam kā ideja parādījās tālajā 1929. gadā, taču viņš to spēja izveidot tikai 1931. gadā. Pārsteidzoši, ka pirmais paraugs bija pietiekami mazs, tikai apmēram duci centimetru diametrā, un tāpēc protonus varēja tikai nedaudz paātrināt. Visa viņa akseleratora koncepcija bija izmantot nevis elektrisko, bet magnētisko lauku. Protonu paātrinātājs šādā stāvoklī bija vērsts nevis uz tiešu pozitīvi lādētu daļiņu paātrināšanu, bet gan uz to trajektorijas izliekšanu līdz tādam stāvoklim, ka tās lidoja pa apli slēgtā stāvoklī.
Tas ļāva izveidot ciklotronu, kas sastāv no diviem dobiem pusdiskiem, kuru iekšpusē rotēja protoni. Visi pārējie ciklotroni balstījās uz šo teoriju, taču, lai iegūtu daudz lielāku jaudu, tie kļuva arvien smagnējāki. Līdz 40. gadiem šāda protonu paātrinātāja standarta izmērs sāka līdzināties ēkām.
Tieši par ciklotrona izgudrošanu Lorensam 1939. gadā tika piešķirta Nobela prēmija fizikā.
Synchrophasotrons
Tomēr, kad zinātnieki mēģināja padarīt protonu paātrinātāju jaudīgāku,Problēmas. Bieži vien tie bija tīri tehniski, jo prasības iegūtajai videi bija neticami augstas, bet daļēji tās bija faktā, ka daļiņas vienkārši nepaātrinājās, kā no tām tika prasīts. Jaunu izrāvienu 1944. gadā veica Vladimirs Vekslers, kurš nāca klajā ar automātiskās fāzes principu. Pārsteidzoši, bet gadu vēlāk to pašu izdarīja amerikāņu zinātnieks Edvīns Makmilans. Viņi ierosināja regulēt elektrisko lauku tā, lai tas ietekmētu pašas daļiņas, vajadzības gadījumā tās regulējot vai, gluži otrādi, palēninot. Tas ļāva saglabāt daļiņu kustību viena ķekara, nevis izplūdušas masas formā. Šādus paātrinātājus sauc par sinhrofazotroniem.
Collider
Lai paātrinātājs paātrinātu protonus līdz kinētiskajai enerģijai, sāka pieprasīt vēl jaudīgākas struktūras. Tā radās kolaideri, kas darbojās, izmantojot divus daļiņu starus, kas grieztos pretējos virzienos. Un, tā kā tie bija novietoti viens pret otru, daļiņas saduras. Ideju pirmo reizi 1943. gadā dzima fiziķis Rolfs Videro, taču to nebija iespējams izstrādāt līdz 60. gadiem, kad parādījās jaunas tehnoloģijas, kas varētu veikt šo procesu. Tas ļāva palielināt jaunu daļiņu skaitu, kas parādītos sadursmes rezultātā.
Visi notikumi turpmākajos gados tieši noveda pie milzīga objekta - Lielā hadronu paātrinātāja - būvniecības 2008. gadā, kas savā struktūrā ir 27 kilometrus garš gredzens. Tiek uzskatīts, katieši tajā veiktie eksperimenti palīdzēs izprast, kā veidojās mūsu pasaule, un tās dziļo uzbūvi.
Lielā hadronu paātrinātāja palaišana
Pirmais mēģinājums nodot šo kolideru ekspluatācijā tika veikts 2008. gada septembrī. 10. septembris tiek uzskatīts par tā oficiālās atklāšanas dienu. Tomēr pēc vairākām veiksmīgām pārbaudēm notika negadījums - pēc 9 dienām tas neizdevās, un tāpēc tas bija spiests slēgt remonta dēļ.
Jauni testi sākās tikai 2009. gadā, bet līdz 2014. gadam iekārta darbojās ar ārkārtīgi zemu enerģijas patēriņu, lai novērstu turpmākus bojājumus. Tieši šajā laikā tika atklāts Higsa bozons, kas izraisīja uzplaukumu zinātnieku aprindās.
Šobrīd gandrīz visi pētījumi tiek veikti smago jonu un vieglo kodolu jomā, pēc tam LHC atkal tiks slēgts modernizācijai līdz 2021. gadam. Tiek uzskatīts, ka tas varēs darboties aptuveni līdz 2034. gadam, pēc tam turpmākai izpētei būs jārada jauni paātrinātāji.
Šodienas glezna
Šobrīd paātrinātāju konstrukcijas robeža ir sasniegusi savu maksimumu, tāpēc vienīgā iespēja ir izveidot lineāro protonu paātrinātāju, kas ir līdzīgs pašlaik medicīnā izmantotajiem, taču daudz jaudīgāks. CERN mēģināja no jauna izveidot miniatūru ierīces versiju, taču šajā jomā nebija manāms progress. Šo lineārā paātrinātāja modeli paredzēts tieši savienot ar LHC, lai provocētuprotonu blīvums un intensitāte, kas pēc tam tiks novirzīti tieši pašā paātrinātājā.
Secinājums
Ar kodolfizikas parādīšanos sākās daļiņu paātrinātāju attīstības laikmets. Viņi ir izgājuši cauri daudziem posmiem, no kuriem katrs ir nesis daudzus atklājumus. Tagad nav iespējams atrast cilvēku, kurš nekad savā dzīvē nebūtu dzirdējis par Lielo hadronu paātrinātāju. Viņš tiek minēts grāmatās, filmās – prognozējot, ka viņš palīdzēs atklāt visus pasaules noslēpumus vai vienkārši to beigs. Nav precīzi zināms, pie kā novedīs visi CERN eksperimenti, taču, izmantojot paātrinātājus, zinātnieki spēja atbildēt uz daudziem jautājumiem.
