hiukkaskiihdyttimet ovat tehneet tiensä valtamediaan — kun Cernin Large Hadron Collider (LHC) löysi viisi uutta baryonia ”piilossa näkyvillä”, se riitti otsikoihin ympäri maailmaa. Usein unohdetaan kuitenkin hiukkaskiihdyttimen toiminnan perustieteet, miten ne ovat kehittyneet vuosien varrella, ja mitä näiden nopeiden subatomisten murskainten jälkeen voisi tapahtua.
lyhyt historia pienten asioiden saamisesta menemään todella (todella) nopeasti
hiukkaskiihdyttimet toimivat sähkökenttien avulla kiihdyttäen hiukkasryhmiä suuriin nopeuksiin. Kaksi perusmallia — lineaarinen ja Pyöreä — on olemassa, ja molemmat vaativat erittäin kylmiä, puhtaita tyhjiöputkia, joiden avulla hiukkaset voivat kiihdyttää ilman häiriöitä ja joiden avulla sähkömagneetit voivat ohjata ja tarkentaa hiukkassädettä. Tähän mennessä tutkijat ovat pystyneet lisäämään hiukkasia 0,99997-kertaiseksi valonnopeuteen ennen niiden murskaamista metallifolioon tai muihin esineisiin ja tulosten tallentamista.
Symmetry-lehden mukaan ensimmäinen nykyaikainen ympyräkiihdytin luotiin vuonna 1930, ja sen läpimitta oli alle viisi tuumaa. Vuotta myöhemmin Ernest Lawrence ja M. Stanley Livingston loivat 11-tuumaisen kiihdyttimen. Vertaa sitä CERNin pyöreään LHC: hen, joka on halkaisijaltaan kahdeksan kilometriä, tai SLAC National Accelerator Laboratoryn lineaarikiihdyttimeen, joka on lähes kolme kilometriä pitkä. Kiihdyttimet ovat jo edistäneet merkittävästi ihmisen etenemistä-joitakin käytetään puolijohteissa käytettävien materiaalien ominaisuuksien tai muovien tai kovetusliitosten muokkaamiseen, kun taas toisia käytetään raskaasti varattujen hiukkasten tuottamiseen lääketieteellistä hoitoa varten tai rahdin tarkastamiseen kansallisen turvallisuuden vuoksi.
mielenkiintoiset lopputulokset
uusien hiukkasten löytämisen ohella kiihdyttimiä voidaan käyttää myös kvarkki-gluoniplasman (at 7.2 biljoonaa astetta Fahrenheit), jonka arvellaan hallinneen maailmankaikkeuden alkuhetkiä ja olevan niin kuuma, että jopa kvarkkisidokset katkeavat. Hiukkasten työntäminen lähelle valonnopeutta luo ainutlaatuisia tuloksia: ne molemmat saavat tehokasta massaa ja kokevat ajan hitaammin suhteessa hiukkaskiihdyttimen ulkopuolisiin havaitsijoihin. Tämä näkyy pi-mesonien elinkaarina, jotka hajoavat tyypillisesti sekunnin miljoonasosissa. Kiihdytettynä suureen nopeuteen nämä hiukkaset voivat kuitenkin olla olemassa paljon kauemmin, mikä viittaa siihen, että ne todennäköisesti kokevat hitaamman suhteellisen ajan.
subatomisen Smashingin tulevaisuus
joten mitä seuraavaksi hiukkaskiihdyttimille? Stephen Hawking ehdotti, että ne ovat perusta aikamatkailulle tulevaisuuteen-mene tarpeeksi nopeasti ja kaikki alkaa hidastua. Vaikka maahan sidotut kiihdyttimet eivät ehkä auta saamaan ihmisiä vauhtiin, nopeasti kiertävä kappale (kuten ympyräkiihdytin) tai todella nopea suora viiva (kuten lineaarinen kiihdytin) on tuottanut myönteisiä tuloksia. Phys: n mukaan CERNissä käydään parhaillaan läpi kahta hanketta: 50 kilometriä pitkä lineaarinen tunneli ja ympyränmuotoinen kiihdytin, jonka läpimitta on noin 80-100 kilometriä. Tutkijat ovat jo kehittäneet laitteen, joka voi tuottaa 180000 voltin sähköpulsseja, jotka kestävät tasan 140 miljoonasosaa sekunnissa ilman häiriöitä ”huippupulsseista.”Ja kuten Popular Mechanics on todennut, mikrovalmisteisten dielektristen laserkiihdyttimien (dlas) kehittäminen mahdollisti millimetrin kokoisten ratkaisujen luomisen, jotka voisivat kilpailla CERNin suorituskyvyn kanssa vain 100 jalan yläpuolella. Uusien varastointi-ja siirtotekniikoiden kehittyessä tuloksena voivat olla ”pöytälevyt” kiihdyttimet ja näiden hiukkastuottajien kaupallistumismahdollisuudet.
maailmassa on tällä hetkellä käytössä yli 30 000 hiukkaskiihdytintä, ja määrä kasvaa tasaisesti uusien tieteellisten läpimurtojen ja kaupallisten sovellusten halventuessa. Markkinat täällä sekä kutistuvat että laajenevat, kun tutkimusryhmät etsivät uusia tapoja nopeuttaa subatomisia hiukkasia, pienentää laitosten jalanjälkeä ja jatkaa ihmiskunnan kuljettamista tulevaisuuteen.
Northrop Grummanilla on pitkä historia tutkimus-ja kehitystyössä, jonka tuloksena syntyi innovaatioita ja keksintöjä. Etsi mahdollisuuksia luoda seuraava iso asia: NorthropGrumman.com/careers.
