چند سال پیش پیش بینی می شد که به محض راه اندازی برخورد دهنده هادرون، پایان جهان فرا خواهد رسید. این شتاب دهنده پروتون و یون عظیم که در سرن سوئیس ساخته شده است، به حق به عنوان بزرگترین مرکز آزمایشی در جهان شناخته می شود. این توسط ده ها هزار دانشمند از بسیاری از کشورهای جهان ساخته شده است. واقعاً می توان آن را یک نهاد بین المللی نامید. با این حال، اول از همه، همه چیز در یک سطح کاملا متفاوت شروع شد تا بتوان سرعت پروتون را در شتاب دهنده تعیین کرد. در مورد تاریخچه ایجاد و مراحل توسعه چنین شتاب دهنده هایی است که در ادامه به آن پرداخته خواهد شد.
آغاز تاریخ
بعد از کشف حضور ذرات آلفا و شروع مطالعه مستقیم هسته اتم، مردم شروع به آزمایش روی آنها کردند. در ابتدا هیچ صحبتی از شتاب دهنده های پروتون در اینجا وجود نداشت، زیرا سطح فناوری نسبتاً پایین بود. دوران واقعی ایجاد فناوری شتاب دهنده تنها در آغاز شددهه 30 قرن گذشته، زمانی که دانشمندان شروع به توسعه هدفمند طرح‌های شتاب ذرات کردند. دو دانشمند از بریتانیا برای اولین بار در سال 1932 یک ژنراتور ولتاژ DC ویژه طراحی کردند که به دیگران اجازه داد تا عصر فیزیک هسته ای را آغاز کنند که در عمل امکان پذیر شد.
ظاهر سیکلوترون
سیکلوترون، یعنی نام اولین شتاب دهنده پروتون، به عنوان یک ایده برای دانشمند ارنست لارنس در سال 1929 ظاهر شد، اما او تنها در سال 1931 توانست آن را طراحی کند. با کمال تعجب، اولین نمونه به اندازه کافی کوچک بود، فقط حدود یک دوجین سانتی متر قطر داشت، و بنابراین فقط می توانست پروتون ها را کمی شتاب دهد. تمام مفهوم شتاب دهنده او استفاده از میدان الکتریکی نبود، بلکه از یک میدان مغناطیسی بود. هدف شتاب دهنده پروتون در چنین حالتی، شتاب مستقیم ذرات با بار مثبت نبود، بلکه انحنای مسیر حرکت آنها به حالتی بود که آنها در یک دایره در حالت بسته پرواز می کردند.
این چیزی است که امکان ایجاد یک سیکلوترون، متشکل از دو نیمه توخالی دیسک، که پروتون ها در داخل آن می چرخند، را ممکن ساخت. همه سیکلوترون های دیگر بر اساس این تئوری بودند، اما برای به دست آوردن قدرت بسیار بیشتر، آنها بیشتر و بیشتر ناکارآمد شدند. در دهه 40، اندازه استاندارد چنین شتاب‌دهنده پروتونی با ساختمان‌ها برابر شد.
برای اختراع سیکلوترون بود که لارنس در سال 1939 جایزه نوبل فیزیک را دریافت کرد.
سنکروفازوترون
با این حال، همانطور که دانشمندان تلاش کردند تا شتاب دهنده پروتون را قدرتمندتر کنند،چالش ها و مسائل. اغلب آنها صرفاً فنی بودند، زیرا الزامات برای محیط حاصل فوق العاده بالا بود، اما تا حدی آنها در این واقعیت بودند که ذرات به سادگی آنطور که از آنها خواسته می شد شتاب نمی گرفتند. پیشرفت جدیدی در سال 1944 توسط ولادیمیر وکسلر انجام شد که اصل اتوفازینگ را مطرح کرد. با کمال تعجب، ادوین مک میلان، دانشمند آمریکایی، یک سال بعد همین کار را کرد. آنها پیشنهاد کردند که میدان الکتریکی را به گونه ای تنظیم کنند که بر روی خود ذرات تأثیر بگذارد، در صورت لزوم، آنها را تنظیم یا برعکس، آنها را کاهش دهد. این باعث می شود که حرکت ذرات به صورت یک دسته واحد و نه یک توده تار حفظ شود. چنین شتاب دهنده هایی سینکروفازوترون نامیده می شوند.
برخوردکننده
برای اینکه شتاب دهنده بتواند پروتون ها را به انرژی جنبشی شتاب دهد، حتی به ساختارهای قدرتمندتری نیاز بود. برخورددهنده هایی که با استفاده از دو پرتو ذراتی که در جهت مخالف می چرخند کار می کردند، این گونه متولد شدند. و از آنجایی که آنها به سمت یکدیگر قرار می گرفتند، ذرات با هم برخورد می کردند. این ایده برای اولین بار در سال 1943 توسط فیزیکدان Rolf Wideröe متولد شد، اما توسعه آن تا دهه 60 ممکن نبود، زمانی که فناوری های جدیدی ظاهر شد که می توانست این فرآیند را انجام دهد. این امکان افزایش تعداد ذرات جدیدی را فراهم کرد که در نتیجه برخورد ظاهر می‌شوند.
همه پیشرفت‌ها در طول سال‌های بعد مستقیماً به ساخت یک تأسیسات عظیم منجر شد - برخورد دهنده بزرگ هادرون در سال 2008، که در ساختار خود حلقه‌ای به طول 27 کیلومتر است. باور این است کهاین آزمایشات انجام شده در آن است که به درک چگونگی شکل گیری جهان ما و ساختار عمیق آن کمک می کند.
پرتاب برخورددهنده بزرگ هادرونی
اولین تلاش برای راه اندازی این برخورددهنده در سپتامبر 2008 انجام شد. 10 سپتامبر روز راه اندازی رسمی آن در نظر گرفته شده است. با این حال، پس از یک سری آزمایشات موفقیت آمیز، یک تصادف رخ داد - پس از 9 روز شکست خورد و بنابراین مجبور شد برای تعمیر تعطیل شود.
آزمایش های جدید تنها در سال 2009 آغاز شد، اما تا سال 2014، تاسیسات با انرژی بسیار کم کار می کرد تا از خرابی های بیشتر جلوگیری شود. در این زمان بود که بوزون هیگز کشف شد که باعث افزایش در جامعه علمی شد.
در حال حاضر، تقریباً تمام تحقیقات در زمینه یون‌های سنگین و هسته‌های سبک در حال انجام است، پس از آن LHC دوباره برای مدرن‌سازی تا سال ۲۰۲۱ بسته خواهد شد. اعتقاد بر این است که تقریباً تا سال 2034 می تواند کار کند و پس از آن تحقیقات بیشتر مستلزم ایجاد شتاب دهنده های جدید است.
نقاشی امروز
در حال حاضر، محدودیت طراحی شتاب‌دهنده‌ها به اوج خود رسیده است، بنابراین تنها گزینه ایجاد یک شتاب‌دهنده پروتون خطی مشابه آنهایی است که در حال حاضر در پزشکی استفاده می‌شود، اما بسیار قدرتمندتر. سرن سعی کرد نسخه مینیاتوری دستگاه را بازسازی کند، اما پیشرفت قابل توجهی در این زمینه مشاهده نشد. این مدل از برخورد دهنده خطی قرار است مستقیماً به LHC متصل شود تا تحریک شودچگالی و شدت پروتون ها، که سپس مستقیماً به خود برخورد دهنده هدایت می شوند.
نتیجه گیری
با ظهور فیزیک هسته ای، عصر توسعه شتاب دهنده های ذرات آغاز شد. آنها مراحل متعددی را پشت سر گذاشته اند که هر کدام اکتشافات متعددی را به همراه داشته است. اکنون غیرممکن است فردی را پیدا کنید که هرگز در زندگی خود نام برخورد دهنده بزرگ هادرون را نشنیده باشد. او در کتاب ها، فیلم ها ذکر شده است - پیش بینی می کند که او به افشای تمام اسرار جهان کمک می کند یا به سادگی آن را پایان می دهد. به طور قطع مشخص نیست که تمام آزمایشات سرن به چه چیزی منجر می شود، اما با استفاده از شتاب دهنده ها، دانشمندان توانستند به بسیاری از سوالات پاسخ دهند.
