Vor einigen Jahren wurde vorausgesagt, dass das Ende der Welt kommen würde, sobald der Hadron Collider in Betrieb genommen würde. Dieser riesige Protonen- und Ionenbeschleuniger, der am Schweizer CERN gebaut wurde, gilt zu Recht als die größte Versuchsanlage der Welt. Es wurde von Zehntausenden von Wissenschaftlern aus vielen Ländern der Welt gebaut. Es kann wirklich als internationale Institution bezeichnet werden. Begonnen hat aber alles auf einer ganz anderen Ebene, um zunächst einmal die Geschwindigkeit des Protons im Beschleuniger bestimmen zu können. Es geht um die Entstehungsgeschichte und Entwicklungsstadien solcher Beschleuniger, die im Folgenden besprochen werden.
Anfang Geschichte
Nachdem das Vorhandensein von Alpha-Teilchen entdeckt wurde und Atomkerne direkt untersucht wurden, begannen die Menschen damit zu experimentieren. Von Protonenbeschleunigern war hier zunächst keine Rede, da der Stand der Technik relativ niedrig war. Die wahre Ära der Entstehung der Beschleunigertechnologie begann erst in30er Jahre des letzten Jahrhunderts, als Wissenschaftler begannen, Teilchenbeschleunigungsschemata gezielt zu entwickeln. Zwei Wissenschaftler aus Großbritannien waren die ersten, die 1932 einen speziellen Gleichspannungsgenerator konstruierten, der es den anderen ermöglichte, die Ära der Kernphysik einzuleiten, die in der Praxis möglich wurde.
Das Erscheinen des Zyklotrons
Das Zyklotron, so der Name des ersten Protonenbeschleunigers, kam dem Wissenschaftler Ernest Lawrence bereits 1929 als Idee, aber er konnte es erst 1931 entwerfen. Überraschenderweise war die erste Probe klein genug, nur etwa ein Dutzend Zentimeter im Durchmesser, und konnte daher Protonen nur geringfügig beschleunigen. Das gesamte Konzept seines Beschleunigers bestand darin, kein elektrisches, sondern ein magnetisches Feld zu verwenden. Der Protonenbeschleuniger in einem solchen Zustand zielte nicht darauf ab, positiv geladene Teilchen direkt zu beschleunigen, sondern ihre Flugbahn so zu krümmen, dass sie in einem geschlossenen Zustand im Kreis flogen.
Auf diese Weise konnte ein Zyklotron geschaffen werden, das aus zwei hohlen Halbscheiben besteht, in denen Protonen rotieren. Alle anderen Zyklotrone basierten auf dieser Theorie, aber um viel mehr Leistung zu bekommen, wurden sie immer unhandlicher. In den 40er Jahren begann die Standardgröße eines solchen Protonenbeschleunigers, Gebäuden zu entsprechen.
Für die Erfindung des Zyklotrons wurde Lawrence 1939 der Nobelpreis für Physik verliehen.
Synchrophasotrons
Als Wissenschaftler jedoch versuchten, den Protonenbeschleuniger leistungsfähiger zu machen,Probleme. Oft waren sie rein technisch, da die Anforderungen an das resultierende Medium unglaublich hoch waren, teilweise aber auch darin, dass die Teilchen einfach nicht so beschleunigt wurden, wie es von ihnen verlangt wurde. Ein neuer Durchbruch gelang 1944 Vladimir Veksler, der das Prinzip der Autophasierung entwickelte. Überraschenderweise tat der amerikanische Wissenschaftler Edwin Macmillan ein Jahr später dasselbe. Sie schlugen vor, das elektrische Feld so einzustellen, dass es auf die Teilchen selbst einwirkt, sie gegebenenfalls anpasst oder umgekehrt verlangsamt. Dies ermöglichte es, die Bewegung von Partikeln in Form eines einzelnen Bündels und nicht einer verschwommenen Masse zu h alten. Solche Beschleuniger nennt man Synchrophasotron.
Collider
Damit der Beschleuniger Protonen auf kinetische Energie beschleunigen konnte, wurden noch leistungsfähigere Strukturen erforderlich. Auf diese Weise wurden Collider geboren, die mit zwei Teilchenstrahlen arbeiteten, die sich in entgegengesetzte Richtungen drehen würden. Und da sie zueinander platziert wurden, würden die Teilchen kollidieren. Die Idee wurde bereits 1943 von dem Physiker Rolf Wideröe geboren, konnte aber erst in den 60er Jahren entwickelt werden, als neue Technologien auftauchten, die diesen Prozess durchführen konnten. Dadurch war es möglich, die Anzahl neuer Teilchen zu erhöhen, die als Ergebnis der Kollision entstehen würden.
Alle Entwicklungen der folgenden Jahre führten direkt zum Bau einer riesigen Anlage – des Large Hadron Collider im Jahr 2008, der in seiner Struktur ein 27 Kilometer langer Ring ist. Es wird angenommen, dassEs sind die darin durchgeführten Experimente, die helfen werden, die Entstehung unserer Welt und ihre Tiefenstruktur zu verstehen.
Start des Large Hadron Collider
Der erste Versuch, diesen Collider in Betrieb zu nehmen, wurde im September 2008 unternommen. Der 10. September gilt als Tag des offiziellen Starts. Nach einer Reihe erfolgreicher Tests ereignete sich jedoch ein Unfall - nach 9 Tagen fiel es aus und musste daher wegen Reparaturarbeiten geschlossen werden.
Neue Tests begannen erst 2009, aber bis 2014 wurde die Anlage mit extrem niedriger Energie betrieben, um weitere Ausfälle zu verhindern. Zu dieser Zeit wurde das Higgs-Boson entdeckt, was einen Aufschwung in der wissenschaftlichen Gemeinschaft auslöste.
Momentan wird fast ausschließlich auf dem Gebiet der Schwerionen und leichten Kerne geforscht, danach wird der LHC wieder bis 2021 wegen Modernisierung geschlossen. Es wird angenommen, dass es bis etwa 2034 arbeiten kann, danach wird die weitere Forschung die Schaffung neuer Beschleuniger erfordern.
Gemälde von heute
Im Moment hat die Designgrenze von Beschleunigern ihren Höhepunkt erreicht, sodass die einzige Option darin besteht, einen linearen Protonenbeschleuniger zu entwickeln, der den derzeit in der Medizin verwendeten ähnelt, aber viel leistungsstärker ist. Das CERN versuchte, eine Miniaturversion des Geräts nachzubauen, aber es gab keinen merklichen Fortschritt in diesem Bereich. Dieses Modell eines Linearcolliders soll direkt mit dem LHC verbunden werden, um zu provozierendie Dichte und Intensität von Protonen, die dann direkt in den Collider selbst geleitet werden.
Schlussfolgerung
Mit dem Aufkommen der Kernphysik begann die Ära der Entwicklung von Teilchenbeschleunigern. Sie haben zahlreiche Stadien durchlaufen, von denen jedes zahlreiche Entdeckungen gebracht hat. Jetzt ist es unmöglich, eine Person zu finden, die noch nie in ihrem Leben vom Large Hadron Collider gehört hat. Er wird in Büchern und Filmen erwähnt und sagt voraus, dass er helfen wird, alle Geheimnisse der Welt zu enthüllen oder sie einfach zu beenden. Es ist nicht sicher, wozu all die CERN-Experimente führen werden, aber durch den Einsatz von Beschleunigern konnten Wissenschaftler viele Fragen beantworten.
