Οι πρώτες ανακαλύψεις σχετικά με τη βασική δομή της ύλης έγιναν σε πειράματα με κοσμικές ακτίνες και ραδιενέργεια, που εξερευνούσαν τις συγκρούσεις των υποατομικών σωματιδίων, των ηλεκτρονίων, των πρωτονίων και των βαρύτερων ατομικών πυρήνων. Από τότε, οι επιταχυντές σωματιδίων έχουν επιτρέψει στους φυσικούς να μελετήσουν συγκρούσεις σωματιδίων σε πιο ελεγχόμενες συνθήκες, και έχουν βοηθήσει στην αποκάλυψη των περισσότερων υλικών σωματιδίων και των φορέων δυνάμεων που γνωρίζουμε σήμερα.
Οι επιταχυντές σωματιδίων λειτουργούν εκμεταλλευόμενοι τον τρόπο που κινούνται τα ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια μέσα σε ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία. Τα ηλεκτρικά πεδία δίνουν ενέργεια στα σωματίδια, κι έτσι τα επιταχύνουν, ενώ τα μαγνητικά πεδία προκαλούν απόκλιση στα σωματίδια και τα εστιάζουν σε δέσμες. Όλοι οι επιταχυντές σωματιδίων έχουν τα ίδια βασικά στοιχεία: μία πηγή σωματιδίων, ηλεκτρικά πεδία που επιταχύνουν τα σωματίδια, και τελικά, ανιχνευτές για την παρατήρηση των σωματιδίων και των συγκρούσεών τους. Πιθανότατα έχετε τουλάχιστον ένα επιταχυντή σωματιδίων στο σπίτι σας.
Υπάρχουν πολλοί τύποι επιταχυντών. Στους γραμμικούς επιταχυντές (linacs), τα σωματίδια συγκρατούνται σε ευθεία, περνώντας από διαδοχικά ηλεκτρικά πεδία, αυξάνοντας έτσι την ενέργειά τους καθώς περνούν από το ένα στο άλλο. Στους κυκλικούς επιταχυντές [κύκλοτρα (cyclotrons) ή σύγχροτρα (synchrotrons)], τα σωματίδια οδηγούνται από μαγνητικά πεδία σε κυκλική τροχιά κι έτσι περνούν από το ίδιο ηλεκτρικό πεδίο που τα επιταχύνει συνεχώς. Οι συγκρούσεις με τη μεγαλύτερη ενέργεια γίνονται όταν δύο δέσμες σωματιδίων συναντώνται μετωπικά. Οι περισσότεροι επιταχυντές συγκρουόμενων δεσμών σωματιδίων είναι κυκλικές μηχανές στις οποίες τα σωματίδια συγκρούονται μετωπικά με τα αντισωματίδιά τους. Εκμεταλλεύονται το γεγονός ότι τα σωματίδια και τα αντισωματίδιά τους αντιδρούν με τον ίδιο τρόπο στα ηλεκτρικά και τα μαγνητικά πεδία, με την προϋπόθεση ότι κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις.
Υπάρχουν πολλοί τύποι επιταχυντών. Στους γραμμικούς επιταχυντές (linacs), τα σωματίδια συγκρατούνται σε ευθεία, περνώντας από διαδοχικά ηλεκτρικά πεδία, αυξάνοντας έτσι την ενέργειά τους καθώς περνούν από το ένα στο άλλο. Στους κυκλικούς επιταχυντές [κύκλοτρα (cyclotrons) ή σύγχροτρα (synchrotrons)], τα σωματίδια οδηγούνται από μαγνητικά πεδία σε κυκλική τροχιά κι έτσι περνούν από το ίδιο ηλεκτρικό πεδίο που τα επιταχύνει συνεχώς. Οι συγκρούσεις με τη μεγαλύτερη ενέργεια γίνονται όταν δύο δέσμες σωματιδίων συναντώνται μετωπικά. Οι περισσότεροι επιταχυντές συγκρουόμενων δεσμών σωματιδίων είναι κυκλικές μηχανές στις οποίες τα σωματίδια συγκρούονται μετωπικά με τα αντισωματίδιά τους. Εκμεταλλεύονται το γεγονός ότι τα σωματίδια και τα αντισωματίδιά τους αντιδρούν με τον ίδιο τρόπο στα ηλεκτρικά και τα μαγνητικά πεδία, με την προϋπόθεση ότι κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις.
Το CERN, το οποίο εδρεύει στη Γενεύη της Ελβετίας, υποστηρίζει τη λειτουργία του μεγαλύτερου Επιταχυντή στοιχειωδών σωματιδίων στον κόσμο και είναι γνωστό για το μεγάλο πείραμα, το οποίο βρίσκεται σε εξέλιξη, για τη διερεύνηση της προέλευσης του Σύμπαντος (Bing Bang).
Ο μεγάλος επιταχυντής συγκρουόμενων δεσμών ηλεκτρονίων ποζιτρονίων (LEP) κατασκευάστηκε σε ένα κυκλικό υπόγειο τούνελ, περιφέρειας 27χιλιομέτρων, και αποτέλεσε το σύμβολο έρευνας του CERN για την περίοδο 1989- 2000. Όταν ολοκληρώθηκε η αποστολή του, ο επιταχυντής LEP αποσυναρμολογήθηκε για να δώσει χώρο σε μία πολύ πιο ισχυρή μηχανή, το μεγάλο επιταχυντή συγκρουόμενων δεσμών αδρονίων (LHC), ο οποίος εγκαταστάθηκε στο ίδιο τούνελ, το καλοκαίρι του 2007.
Όπως το LEP έτσι και το LHC τροφοδοτείται με δέσμες σωματιδίων από το PS και το SPS. Τα πειράματα στον επιταχυντή LHC γίνονται με γιγαντιαίους ανιχνευτές όπως οι ATLAS, CMS, ALICE, LHCb, οι οποίοι κατασκευάζονται από 500 ινστιτούτα 80 χωρών με τη βοήθεια της βιομηχανίας. Με τη βοήθεια αυτού του επιταχυντή το CERN αποσκοπεί στην σύγκρουση αντισωματιδίων έτσι ώστε να απεικονιστούν οι συνθήκες κατά τις οποίες έγινε η Μεγάλη Έκρηξη και να εξηγηθεί η επικράτηση της ύλης από την αντιύλη, έστω στ δικό μας σύμπαν.
Πηγές :
Ιβανούδη Μαρία
Α’2
Α’2
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου