Vài năm trước, người ta dự đoán rằng ngay sau khi Máy va chạm Hadron được đưa vào hoạt động, ngày tận thế sẽ đến. Máy gia tốc proton và ion khổng lồ này, được chế tạo tại CERN Thụy Sĩ, được công nhận là cơ sở thí nghiệm lớn nhất trên thế giới. Nó được xây dựng bởi hàng chục nghìn nhà khoa học đến từ nhiều quốc gia trên thế giới. Nó thực sự có thể được gọi là một tổ chức quốc tế. Tuy nhiên, mọi thứ bắt đầu ở một mức độ hoàn toàn khác, trước hết, để có thể xác định tốc độ của proton trong máy gia tốc. Đó là về lịch sử hình thành và các giai đoạn phát triển của những máy gia tốc như vậy sẽ được thảo luận bên dưới.
Lịch sử bắt đầu
Sau khi sự hiện diện của hạt alpha được phát hiện và hạt nhân nguyên tử bắt đầu được nghiên cứu trực tiếp, người ta bắt đầu thử nghiệm trên chúng. Lúc đầu, người ta không nói về bất kỳ máy gia tốc proton nào ở đây, vì trình độ công nghệ còn tương đối thấp. Kỷ nguyên thực sự của việc tạo ra công nghệ máy gia tốc chỉ bắt đầu trongNhững năm 30 của thế kỷ trước, khi các nhà khoa học bắt đầu phát triển các sơ đồ gia tốc hạt một cách có chủ đích. Hai nhà khoa học đến từ Vương quốc Anh là những người đầu tiên thiết kế một máy phát điện áp một chiều đặc biệt vào năm 1932, cho phép những người khác bắt đầu kỷ nguyên vật lý hạt nhân, điều này đã trở nên khả thi trong thực tế.
Sự xuất hiện của cyclotron
Cyclotron, cụ thể là tên của máy gia tốc proton đầu tiên, xuất hiện như một ý tưởng của nhà khoa học Ernest Lawrence vào năm 1929, nhưng ông chỉ có thể thiết kế nó vào năm 1931. Đáng ngạc nhiên là mẫu đầu tiên đủ nhỏ, đường kính chỉ khoảng chục cm, và do đó chỉ có thể tăng tốc một chút proton. Toàn bộ khái niệm về máy gia tốc của ông không phải là sử dụng điện mà là từ trường. Máy gia tốc proton ở trạng thái như vậy không nhằm mục đích gia tốc trực tiếp các hạt mang điện tích dương, mà nhằm làm cong quỹ đạo của chúng đến trạng thái sao cho chúng bay trong một vòng tròn ở trạng thái đóng.
Đây là điều có thể tạo ra một cyclotron, bao gồm hai nửa đĩa rỗng, bên trong có các proton quay. Tất cả các cyclotron khác đều dựa trên lý thuyết này, nhưng để có được nhiều năng lượng hơn, chúng ngày càng trở nên khó sử dụng hơn. Đến những năm 40, kích thước tiêu chuẩn của một máy gia tốc proton như vậy bắt đầu bằng các tòa nhà.
Nhờ phát minh ra cyclotron mà Lawrence đã được trao giải Nobel Vật lý năm 1939.
Synchrophasotrons
Tuy nhiên, khi các nhà khoa học cố gắng làm cho máy gia tốc proton mạnh hơn,Các vấn đề. Thường thì chúng hoàn toàn là kỹ thuật, vì các yêu cầu đối với môi trường tạo thành là cực kỳ cao, nhưng một phần chúng là do các hạt đơn giản là không tăng tốc theo yêu cầu của chúng. Một bước đột phá mới vào năm 1944 đã được thực hiện bởi Vladimir Veksler, người đã đưa ra nguyên tắc tự động chia sẻ. Đáng ngạc nhiên là một năm sau, nhà khoa học người Mỹ Edwin Macmillan cũng làm như vậy. Họ đề xuất điều chỉnh điện trường để nó tác động đến chính các hạt, nếu cần, điều chỉnh chúng hoặc ngược lại, làm chúng chậm lại. Điều này làm cho nó có thể giữ cho chuyển động của các hạt ở dạng một chùm duy nhất chứ không phải một khối mờ. Những máy gia tốc như vậy được gọi là synchrophasotron.
Máy va chạm
Để máy gia tốc tăng tốc proton thành động năng, cần phải có những cấu trúc mạnh hơn nữa. Đây là cách các máy va chạm được sinh ra, hoạt động bằng cách sử dụng hai chùm hạt sẽ quay theo các hướng ngược nhau. Và vì chúng được đặt về phía nhau, các hạt sẽ va chạm. Ý tưởng lần đầu tiên ra đời vào năm 1943 bởi nhà vật lý Rolf Wideröe, nhưng mãi đến những năm 60 mới phát triển được, khi các công nghệ mới xuất hiện có thể thực hiện quá trình này. Điều này giúp tăng số lượng các hạt mới xuất hiện do va chạm.
Tất cả những phát triển trong những năm sau đó đều trực tiếp dẫn đến việc xây dựng một cơ sở khổng lồ - Máy Va chạm Hadron Lớn vào năm 2008, với cấu trúc của nó là một vòng tròn dài 27 km. Người ta tin rằngchính những thí nghiệm được thực hiện trong đó sẽ giúp hiểu thế giới của chúng ta được hình thành như thế nào và cấu trúc sâu xa của nó.
Ra mắt Máy va chạm Hadron Lớn
Nỗ lực đầu tiên đưa máy va chạm này vào hoạt động được thực hiện vào tháng 9 năm 2008. Ngày 10 tháng 9 được coi là ngày ra mắt chính thức của nó. Tuy nhiên, sau một loạt các thử nghiệm thành công, một vụ tai nạn đã xảy ra - sau 9 ngày, nó không thành công và do đó nó buộc phải đóng cửa để sửa chữa.
Các cuộc thử nghiệm mới chỉ bắt đầu vào năm 2009, nhưng cho đến năm 2014, cơ sở này hoạt động ở mức năng lượng cực thấp để ngăn ngừa sự cố thêm. Vào thời điểm này, boson Higgs đã được phát hiện, điều này đã gây ra một sự dậy sóng trong cộng đồng khoa học.
Hiện tại, hầu hết mọi nghiên cứu đang được thực hiện trong lĩnh vực ion nặng và hạt nhân nhẹ, sau đó LHC sẽ lại đóng cửa để hiện đại hóa cho đến năm 2021. Người ta tin rằng nó sẽ có thể hoạt động cho đến khoảng năm 2034, sau đó các nghiên cứu sâu hơn sẽ yêu cầu tạo ra các máy gia tốc mới.
Bức tranh hôm nay
Hiện tại, giới hạn thiết kế của máy gia tốc đã đạt đến đỉnh điểm, vì vậy lựa chọn duy nhất là tạo ra máy gia tốc proton tuyến tính tương tự như máy gia tốc hiện đang được sử dụng trong y học, nhưng mạnh hơn nhiều. CERN đã cố gắng tạo lại một phiên bản thu nhỏ của thiết bị, nhưng không có tiến bộ nào đáng chú ý trong lĩnh vực này. Mô hình máy va chạm tuyến tính này được lên kế hoạch kết nối trực tiếp với LHC để kích hoạtmật độ và cường độ của proton, sau đó sẽ được dẫn trực tiếp vào chính máy va chạm.
Kết
Với sự ra đời của vật lý hạt nhân, kỷ nguyên phát triển của máy gia tốc hạt bắt đầu. Họ đã trải qua nhiều giai đoạn, mỗi giai đoạn đều mang lại nhiều khám phá. Bây giờ không thể tìm thấy một người chưa bao giờ nghe nói về Máy va chạm Hadron Lớn trong đời. Anh ta được nhắc đến trong các cuốn sách, bộ phim - dự đoán rằng anh ta sẽ giúp tiết lộ tất cả bí mật của thế giới hoặc đơn giản là kết thúc nó. Người ta không biết chắc chắn tất cả các thí nghiệm CERN sẽ dẫn đến điều gì, nhưng với việc sử dụng máy gia tốc, các nhà khoa học đã có thể trả lời nhiều câu hỏi.
