partikelacceleratorer har tagit sig in i vanliga medier-när Large Hadron Collider (LHC) vid CERN upptäckte fem nya baryoner ”gömmer sig i vanlig syn”, var det tillräckligt för att göra rubriker över hela världen. Vad som ofta utelämnas är dock en del av den grundläggande vetenskapen bakom partikelacceleratorfunktioner, hur de har utvecklats genom åren och vad som kan komma nästa för dessa höghastighets subatomiska smashers.
en kort historia av att göra små saker går verkligen (verkligen) snabbt
partikelacceleratorer arbetar genom att använda elektriska fält för att accelerera grupper av partiklar till höga hastigheter. Två grundmodeller — linjära och cirkulära — finns, och båda kräver extremt kalla, rena vakuumrör som gör det möjligt för partiklarna att accelerera utan störningar och låta elektromagneter styra och fokusera partikelstrålen. Hittills har forskare kunnat öka partiklarna till 0.99997 gånger ljusets hastighet innan de krossar dem i metallfolie eller andra föremål och registrerar resultaten.
som noterat av Symmetry Magazine skapades den första moderna cirkulära acceleratorn 1930 och var mindre än fem tum över. Ett år senare skapade Ernest Lawrence och M. Stanley Livingston en 11-tums accelerator. Jämför det med den cirkulära LHC vid CERN, som är fem miles (åtta kilometer) i diameter, eller den linjära acceleratorn vid SLAC National Accelerator Laboratory, som är nästan två miles (cirka tre kilometer) lång. Acceleratorer har redan gjort betydande bidrag till mänsklig utveckling-vissa används för att modifiera materialegenskaperna eller plasten eller härda fogar som används i halvledare, medan andra används för att producera tungt laddade partiklar för medicinsk behandling eller inspektera last för nationella säkerhetsändamål.
intressanta resultat
tillsammans med att upptäcka nya partiklar kan acceleratorer också användas för att producera kvark-gluonplasma (vid 7.2 biljoner grader Fahrenheit), som tros ha dominerat universums tidiga ögonblick och är så het att även kvarkbindningar bryts. Att trycka partiklar till nära ljusets hastighet skapar unika resultat: de får både effektiv massa och upplever tid långsammare i förhållande till observatörer utanför partikelacceleratorn. Detta kan ses i livslängden för pi-mesoner, som vanligtvis sönderdelas i miljondelar av en sekund. Accelererad till hög hastighet kan emellertid dessa partiklar existera mycket längre, vilket tyder på att de sannolikt upplever en långsammare relativ tidsram.
framtiden för subatomär Smashing
Så vad är nästa för partikelacceleratorer? Stephen Hawking föreslog att de är grunden för tidsresor in i framtiden — gå snabbt nog och allt börjar sakta ner. Medan jordbundna acceleratorer kanske inte fungerar för att få människor upp i hastighet, har åtgärden att snabbt kretsa kring ett objekt (som en cirkulär accelerator) eller gå riktigt snabbt i en rak linje (som en linjär accelerator) gett positiva resultat. Enligt Phys granskas för närvarande två projekt på CERN: En 31 mil (50 kilometer) lång linjär tunnel och en cirkulär accelerator med en diameter på cirka 50 till 62 mil (80 till 100 kilometer). Redan, forskare har utvecklat en enhet som kan producera elektriska pulser av 180,000 volt som varar exakt 140 miljondelar av en sekund utan störningar från ”topppulser.”Och som noterats av Popular Mechanics möjliggjorde utvecklingen av mikrofabricerade dielektriska laseracceleratorer (DLAs) skapandet av millimeterstora lösningar som kunde konkurrera med CERNs prestanda över bara 100 fot. När ny lagrings-och överföringsteknik utvecklas kan resultaten vara ”tabletop” – acceleratorer och potentialen för kommersialisering av dessa partikelproducenter.
det finns mer än 30 000 partikelacceleratorer som för närvarande används över hela världen, och antalet växer stadigt när nya vetenskapliga genombrott inträffar och kommersiella applikationer blir billigare. Marknaden här krymper och expanderar när forskargrupper letar efter nya sätt att påskynda subatomära partiklar, minska anläggningens fotavtryck och fortsätta driva mänskligheten in i framtiden.Northrop Grumman har en lång historia av forskning och utveckling, vilket resulterar i innovation och upptäckt. Sök efter möjligheter att skapa nästa stora sak: NorthropGrumman.com/careers.
