Πώς λειτουργεί ένας επιταχυντής σωματιδίων;

Ένας επιταχυντής σωματιδίων είναι μια συσκευή φυσικής που χρησιμοποιεί ηλεκτρικά πεδία για να επιταχύνει τα φορτισμένα σωματίδια σε τεράστιες ταχύτητες, μερικές φορές σημαντικά κλάσματα της ταχύτητας του φωτός.Τα κοινά σωματίδια που μπορούν να βρεθούν μέσα στους επιταχυντές σωματιδίων περιλαμβάνουν πρωτόνια και ηλεκτρόνια, τα δομικά στοιχεία του ατόμου.δημιουργώντας ένα συγκεκριμένο είδος ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.Οι επιταχυντές σωματιδίων χρησιμοποιούνται συχνά για να σπάσουν τα σωματίδια μεταξύ τους σε πολύ υψηλές ταχύτητες, αποκαλύπτοντας τα πιο θεμελιώδη συστατικά τους.Η γεννήτρια ακτίνων Χ και η τηλεόραση είναι και τα δύο κοινά παραδείγματα επιταχυντών σωματιδίων, με τον ίδιο βασικό σχεδιασμό με τα μεγαλύτερα ξαδέλφια τους που χρησιμοποιούνται σε πειράματα φυσικής υψηλής ενέργειας.

Ένας επιταχυντής σωματιδίων πέφτει σε μία από τις δύο κατηγορίες: κυκλική ή γραμμική.Το πλεονέκτημα αυτής της διάταξης είναι ότι το σωματίδιο μπορεί να κατευθύνεται σε έναν κύκλο πολλές φορές, εξοικονομώντας υλικό.Το μειονέκτημα είναι ότι τα σωματίδια σε κυκλικούς επιταχυντές εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, που ονομάζεται ακτινοβολία συγχροτρόνου.Επειδή η ορμή τους τους ενθαρρύνει συνεχώς να πετάξουν σε μια τροχιά εφαπτόμενη στον κύκλο, η ενέργεια πρέπει να δαπανώνται συνεχώς για να τους κρατήσουν στην κυκλική διαδρομή, πράγμα που σημαίνει ότι οι επιταχυντές κυκλικού σωματιδίου είναι λιγότερο αποτελεσματικοί.Σε μεγάλους επιταχυντές, η ακτινοβολία Synchrotron είναι τόσο έντονη που ολόκληρος ο επιταχυντής πρέπει να θαφτεί υπόγεια για να διατηρεί τα πρότυπα ασφαλείας.Ο επιταχυντής σωματιδίων Fermilab στο Illinois έχει κυκλική διαδρομή 4 μιλίων (6,43 χλμ.).Ο σωλήνας ακτίνων καθόδου στην τηλεόρασή σας είναι ένας επιταχυντής σωματιδίων χαμηλής ενέργειας, ο οποίος πυρπολώνει τα φωτόνια στην ορατή περιοχή φωτός σε μια γυάλινη πλάκα, την οθόνη.Το ρεύμα των φωτονίων συνεχώς ανακατευθύνεται για να γεμίσει την οθόνη με εικονοστοιχεία.Αυτή η ανακατεύθυνση συμβαίνει αρκετά γρήγορα ώστε να αντιλαμβανόμαστε το εναλλασσόμενο ρεύμα φωτονίων ως συνεχή εικόνα.Μια σειρά από πλάκες προσελκύει εναλλακτικά και απωθεί τα φορτισμένα σωματίδια που κινούνται μέσα από αυτά, τραβώντας τα σωματίδια προς τα εμπρός όταν δεν το έχουν περάσει ακόμα και τα σπρώχνοντάς τους μετά.Με αυτόν τον τρόπο, μπορούν να χρησιμοποιηθούν εναλλασσόμενα ηλεκτρικά πεδία για την επιτάχυνση των ρευμάτων σωματιδίων σε πολύ υψηλές ταχύτητες και ενέργειες.Οι φυσικοί χρησιμοποιούν αυτούς τους επιταχυντές για να προσομοιώσουν εξωτικές συνθήκες, όπως αυτές στο κέντρο των αστεριών ή κοντά στην αρχή του σύμπαντος.Ο ζωολογικός κήπος των σωματιδίων που περιγράφεται από το πρότυπο μοντέλο φυσικής σωματιδίων αποκαλύφθηκε σταδιακά σε πειράματα επιταχυντής σωματιδίων.Ο μεγαλύτερος επιταχυντής γραμμικού σωματιδίου είναι ο γραμμικός επιταχυντής Stanford με μήκος 2 μίλια (3,2 χλμ.).