Gli acceleratori di particelle si sono fatti strada nei media mainstream: quando il Large Hadron Collider (LHC) del CERN ha scoperto cinque nuovi barioni “nascosti in bella vista”, è stato sufficiente per fare notizia in tutto il mondo. Ciò che è spesso lasciato fuori, tuttavia, è alcune delle scienze di base dietro le funzioni dell’acceleratore di particelle, come si sono evolute nel corso degli anni e cosa potrebbe venire dopo per questi smashers subatomici ad alta velocità.
Una breve storia di fare piccole cose andare davvero (davvero) veloce
acceleratori di particelle funzionano utilizzando campi elettrici per accelerare gruppi di particelle ad alta velocità. Esistono due modelli di base-lineare e circolare-ed entrambi richiedono tubi a vuoto estremamente freddi e puliti che consentono alle particelle di accelerare senza interferenze e consentono agli elettromagneti di guidare e focalizzare il fascio di particelle. Finora, gli scienziati sono stati in grado di aumentare le particelle a 0,99997 volte la velocità della luce prima di distruggerle in lamina metallica o altri oggetti e registrare i risultati.
Come notato dalla rivista Symmetry, il primo acceleratore circolare moderno fu creato nel 1930 e aveva meno di cinque pollici di diametro. Un anno dopo, Ernest Lawrence e M. Stanley Livingston hanno creato un acceleratore da 11 pollici. Confrontalo con l’LHC circolare del CERN, che ha un diametro di cinque miglia (otto chilometri), o con l’acceleratore lineare dello SLAC National Accelerator Laboratory, che è lungo quasi due miglia (circa tre chilometri). Gli acceleratori hanno già dato un contributo significativo al progresso umano — alcuni sono usati per modificare le proprietà del materiale o della plastica o indurire i giunti utilizzati nei semiconduttori, mentre altri sono usati per produrre particelle fortemente cariche per cure mediche o ispezionare il carico per scopi di sicurezza nazionale.
Risultati interessanti
Oltre a scoprire nuove particelle, gli acceleratori possono anche essere utilizzati per produrre plasma di quark-gluoni (a 7.2 trilioni di gradi Fahrenheit), che si pensa abbia dominato i primi momenti dell’universo ed è così caldo che anche i legami di quark sono rotti. Spingere le particelle vicino alla velocità della luce crea risultati unici: entrambe guadagnano massa efficace e sperimentano il tempo più lentamente rispetto agli osservatori al di fuori dell’acceleratore di particelle. Questo può essere visto nella durata della vita dei mesoni pi, che in genere si disintegrano in milionesimi di secondo. Accelerate ad alta velocità, tuttavia, queste particelle possono esistere per molto più tempo, suggerendo che probabilmente stanno vivendo un lasso di tempo relativo più lento.
Il futuro dello Smashing subatomico
Quindi quali sono le prospettive per gli acceleratori di particelle? Stephen Hawking ha suggerito che sono la base per viaggiare nel tempo nel futuro — andare abbastanza veloce e tutto inizia a rallentare. Mentre gli acceleratori legati alla Terra potrebbero non funzionare per far accelerare gli esseri umani, l’azione di orbitare rapidamente un oggetto (come un acceleratore circolare) o andare molto veloce in linea retta (come un acceleratore lineare) ha dato risultati positivi. Secondo Phys, due progetti sono attualmente in fase di revisione al CERN: Un tunnel lineare lungo 31 miglia (50 chilometri) e un acceleratore circolare con un diametro di circa 50-62 miglia (da 80 a 100 chilometri). Già, i ricercatori hanno sviluppato un dispositivo in grado di produrre impulsi elettrici di 180.000 volt che durano esattamente 140 milionesimi di secondo senza interruzioni da “impulsi di picco.”E come notato da Popular Mechanics, lo sviluppo di acceleratori laser dielettrici micro-fabbricati (DLAs) ha permesso la creazione di soluzioni di dimensioni millimetriche che potrebbero rivaleggiare con le prestazioni del CERN su soli 100 piedi. Con lo sviluppo di nuove tecnologie di stoccaggio e trasmissione, i risultati potrebbero essere acceleratori “da tavolo” e il potenziale di commercializzazione di questi produttori di particelle.
Ci sono più di 30.000 acceleratori di particelle attualmente in uso in tutto il mondo, e il numero è in costante crescita come nuove scoperte scientifiche si verificano e applicazioni commerciali diventano meno costosi. Il mercato qui si sta sia riducendo che espandendo mentre i team di ricerca cercano nuovi modi per accelerare le particelle subatomiche, ridurre l’impronta delle strutture e continuare a spingere l’umanità verso il futuro.
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