Prije nekoliko godina bilo je predviđeno da će čim hadronski sudarač bude pušten u rad, doći smak svijeta. Ovaj ogromni akcelerator protona i iona, izgrađen u švicarskom CERN-u, s pravom je prepoznat kao najveći eksperimentalni pogon na svijetu. Izgradili su ga deseci tisuća znanstvenika iz mnogih zemalja svijeta. Doista se može nazvati međunarodnom institucijom. No, sve je krenulo na sasvim drugoj razini, prije svega, kako bi se mogla odrediti brzina protona u akceleratoru. Riječ je o povijesti nastanka i fazama razvoja takvih akceleratora o kojima će biti riječi u nastavku.
Početak povijesti
Nakon što je otkrivena prisutnost alfa čestica i atomske jezgre se počele izravno proučavati, ljudi su počeli pokušavati eksperimentirati na njima. Isprva ovdje nije bilo govora o bilo kakvim akceleratorima protona, budući da je razina tehnologije bila relativno niska. Prava era stvaranja akceleratorske tehnologije započela je tek godine30-ih godina prošlog stoljeća, kada su znanstvenici počeli namjerno razvijati sheme ubrzanja čestica. Dva znanstvenika iz UK-a prva su dizajnirala poseban generator istosmjernog napona 1932. godine, što je omogućilo ostalima da započnu eru nuklearne fizike, što je postalo moguće u praksi.
Izgled ciklotrona
Ciklotron, odnosno naziv prvog protonskog akceleratora, pojavio se kao ideja znanstveniku Ernestu Lawrenceu još 1929. godine, ali ga je uspio dizajnirati tek 1931. godine. Iznenađujuće, prvi uzorak bio je dovoljno mali, samo desetak centimetara u promjeru, i stoga je mogao samo malo ubrzati protone. Cijeli koncept njegovog akceleratora bio je korištenje ne električnog, već magnetskog polja. Protonski akcelerator u takvom stanju nije bio usmjeren na izravno ubrzavanje pozitivno nabijenih čestica, već na zakrivljenje njihove putanje u takvo stanje da lete u krug u zatvorenom stanju.
To je ono što je omogućilo stvaranje ciklotrona, koji se sastoji od dva šuplja poludiska, unutar kojih se rotiraju protoni. Svi ostali ciklotroni su se temeljili na ovoj teoriji, ali kako bi dobili mnogo više snage, postajali su sve nezgrapniji. Do 40-ih godina standardna veličina takvog protonskog akceleratora počela je biti jednaka zgradama.
Za izum ciklotrona Lawrence je dobio Nobelovu nagradu za fiziku 1939.
Sinkrofazotroni
Međutim, dok su znanstvenici pokušavali učiniti protonski akcelerator snažnijim,Problemi. Često su bili čisto tehnički, budući da su zahtjevi za nastalim medijem bili nevjerojatno visoki, ali djelomično su bili u činjenici da se čestice jednostavno nisu ubrzavale kako se od njih traži. Novi proboj 1944. godine napravio je Vladimir Veksler koji je osmislio princip autofaziranja. Iznenađujuće, američki znanstvenik Edwin Macmillan učinio je isto godinu dana kasnije. Predložili su podešavanje električnog polja tako da utječe na same čestice, ako je potrebno, prilagođavajući ih ili, obrnuto, usporavajući ih. To je omogućilo zadržavanje kretanja čestica u obliku jedne hrpe, a ne mutne mase. Takvi se akceleratori nazivaju sinkrofazotroni.
Collider
Da bi akcelerator ubrzao protone do kinetičke energije, počele su biti potrebne još snažnije strukture. Tako su rođeni sudarači, koji su radili koristeći dvije zrake čestica koje bi se okretale u suprotnim smjerovima. A budući da su postavljene jedna prema drugoj, čestice bi se sudarile. Ideju je prvi rodio davne 1943. fizičar Rolf Wideröe, ali ju je bilo moguće razviti tek 60-ih godina, kada su se pojavile nove tehnologije koje su mogle provesti ovaj proces. To je omogućilo povećanje broja novih čestica koje bi se pojavile kao rezultat sudara.
Svi razvoji tijekom sljedećih godina izravno su doveli do izgradnje ogromnog objekta - Velikog hadronskog sudarača 2008. godine, koji po svojoj strukturi predstavlja prsten dug 27 kilometara. Vjeruje se daeksperimenti provedeni u njemu pomoći će razumjeti kako je nastao naš svijet i njegovu duboku strukturu.
Pokretanje Velikog hadronskog sudarača
Prvi pokušaj puštanja u rad ovog sudarača napravljen je u rujnu 2008. 10. rujna smatra se danom njegova službenog pokretanja. Međutim, nakon niza uspješnih testova, dogodila se nesreća - nakon 9 dana nije uspjela, te je stoga bila prisiljena zatvoriti se radi popravka.
Novi testovi počeli su tek 2009. godine, ali do 2014. godine postrojenje je radilo na iznimno niskoj energiji kako bi se spriječili daljnji kvarovi. U to vrijeme je otkriven Higgsov bozon, što je izazvalo nalet u znanstvenoj zajednici.
Trenutno se provode gotovo sva istraživanja na području teških iona i lakih jezgri, nakon čega će LHC ponovno biti zatvoren radi modernizacije do 2021. godine. Vjeruje se da će moći raditi do otprilike 2034., nakon čega će daljnja istraživanja zahtijevati stvaranje novih akceleratora.
Današnja slika
U ovom trenutku, ograničenje dizajna akceleratora doseglo je svoj vrhunac, pa je jedina opcija stvoriti linearni protonski akcelerator sličan onima koji se trenutno koriste u medicini, ali mnogo moćniji. CERN je pokušao rekreirati minijaturnu verziju uređaja, ali nije bilo primjetnog napretka na tom području. Ovaj model linearnog sudarača planira se izravno povezati s LHC-om radi provociranjagustoću i intenzitet protona, koji će tada biti usmjereni izravno u sam sudarač.
Zaključak
Pojavom nuklearne fizike započela je era razvoja akceleratora čestica. Prošli su kroz brojne faze, od kojih je svaka donijela brojna otkrića. Sada je nemoguće pronaći osobu koja nikada u životu nije čula za Veliki hadronski sudarač. Spominje se u knjigama, filmovima - predviđajući da će pomoći otkriti sve tajne svijeta ili ga jednostavno okončati. Ne zna se pouzdano do čega će sve eksperimenti CERN-a dovesti, ali uz korištenje akceleratora znanstvenici su uspjeli odgovoriti na mnoga pitanja.
