Teilchenbeschleuniger haben ihren Weg in die Mainstream—Medien gefunden – als der Large Hadron Collider (LHC) am CERN fünf neue Baryonen entdeckte, die sich „in Sichtweite“ versteckten, reichte es aus, um weltweit Schlagzeilen zu machen. Was jedoch oft ausgelassen wird, ist ein Teil der Grundlagenforschung hinter den Teilchenbeschleunigerfunktionen, wie sie sich im Laufe der Jahre entwickelt haben und was als nächstes für diese subatomaren Hochgeschwindigkeitszertrümmerer kommen könnte.
A Brief History of Making Small Things Go Really (Really) Fast
Teilchenbeschleuniger arbeiten mit elektrischen Feldern, um Gruppen von Teilchen auf hohe Geschwindigkeiten zu beschleunigen. Es gibt zwei Grundmodelle — linear und kreisförmig -, und beide erfordern extrem kalte, saubere Vakuumröhren, die es den Partikeln ermöglichen, störungsfrei zu beschleunigen, und Elektromagneten ermöglichen, den Partikelstrahl zu lenken und zu fokussieren. Bisher konnten Wissenschaftler Partikel auf das 0, 99997-fache der Lichtgeschwindigkeit steigern, bevor sie in Metallfolie oder andere Objekte zerschlagen und die Ergebnisse aufgezeichnet wurden.
Wie das Symmetry Magazine feststellte, wurde der erste moderne kreisförmige Beschleuniger 1930 hergestellt und hatte einen Durchmesser von weniger als fünf Zoll. Ein Jahr später entwickelten Ernest Lawrence und M. Stanley Livingston einen 11-Zoll-Beschleuniger. Vergleichen Sie das mit dem kreisförmigen LHC am CERN, der fünf Meilen (acht Kilometer) im Durchmesser ist, oder dem Linearbeschleuniger am SLAC National Accelerator Laboratory, der fast zwei Meilen (etwa drei Kilometer) lang ist. Beschleuniger haben bereits bedeutende Beiträge zum menschlichen Fortschritt geleistet – einige werden verwendet, um die Materialeigenschaften von Kunststoffen zu modifizieren oder Verbindungen in Halbleitern zu härten, während andere verwendet werden, um stark geladene Teilchen für medizinische Behandlungen herzustellen oder Fracht für nationale Sicherheitszwecke zu inspizieren.
Interessante Ergebnisse
Neben der Entdeckung neuer Teilchen können Beschleuniger auch zur Herstellung von Quark-Gluon-Plasma (at 7.2 Billionen Grad Fahrenheit), von dem angenommen wird, dass er die frühen Momente des Universums dominiert hat und so heiß ist, dass sogar Quarkbindungen gebrochen werden. Das Drücken von Partikeln nahe der Lichtgeschwindigkeit führt zu einzigartigen Ergebnissen: Beide gewinnen an effektiver Masse und erfahren Zeit langsamer als Beobachter außerhalb des Teilchenbeschleunigers. Dies zeigt sich in der Lebensdauer von Pi-Mesonen, die typischerweise in Millionstelsekunden zerfallen. Auf hohe Geschwindigkeit beschleunigt, können diese Partikel jedoch viel länger existieren, was darauf hindeutet, dass sie wahrscheinlich einen langsameren relativen Zeitrahmen haben.
Die Zukunft der subatomaren Materie
Was kommt als nächstes für Teilchenbeschleuniger? Stephen Hawking schlug vor, dass sie die Grundlage für Zeitreisen in die Zukunft sind — gehen Sie schnell genug und alles beginnt sich zu verlangsamen. Während erdgebundene Beschleuniger möglicherweise nicht dazu beitragen, den Menschen auf den neuesten Stand zu bringen, hat die Aktion, ein Objekt schnell zu umkreisen (wie ein kreisförmiger Beschleuniger) oder sehr schnell in einer geraden Linie zu fahren (wie ein Linearbeschleuniger), positive Ergebnisse erbracht. Laut Phys werden derzeit zwei Projekte am CERN geprüft: Ein 31 Meilen (50 Kilometer) langer linearer Tunnel und ein kreisförmiger Beschleuniger mit einem Durchmesser von etwa 50 bis 62 Meilen (80 bis 100 Kilometer). Forscher haben bereits ein Gerät entwickelt, das elektrische Impulse von 180.000 Volt erzeugen kann, die genau 140 Millionstel Sekunden ohne Störungen durch „Spitzenpulse“ dauern.“ Und wie von Popular Mechanics angemerkt, ermöglichte die Entwicklung von mikrogefertigten dielektrischen Laserbeschleunigern (DLAs) die Schaffung von millimetergroßen Lösungen, die mit der Leistung von CERN über nur 100 Fuß mithalten konnten. Wenn sich neue Speicher- und Übertragungstechnologien entwickeln, könnten die Ergebnisse „Tabletop“ -Beschleuniger und das Potenzial für die Kommerzialisierung dieser Partikelproduzenten sein.Derzeit sind weltweit mehr als 30.000 Teilchenbeschleuniger im Einsatz, und die Zahl wächst stetig, da neue wissenschaftliche Durchbrüche erzielt werden und kommerzielle Anwendungen kostengünstiger werden. Der Markt hier schrumpft und expandiert, da Forschungsteams nach neuen Wegen suchen, um subatomare Partikel zu beschleunigen, den Fußabdruck von Einrichtungen zu reduzieren und die Menschheit weiterhin in die Zukunft zu treiben.Northrop Grumman blickt auf eine lange Forschungs- und Entwicklungsgeschichte zurück, die zu Innovationen und Entdeckungen geführt hat. Suche nach Möglichkeiten, das nächste große Ding zu erschaffen: NorthropGrumman.com/careers .
