Pred niekoľkými rokmi sa predpovedalo, že hneď ako bude Hadron Collider uvedený do prevádzky, príde koniec sveta. Tento obrovský protónový a iónový urýchľovač, postavený vo švajčiarskom CERN-e, je právom uznávaný ako najväčšie experimentálne zariadenie na svete. Postavili ho desaťtisíce vedcov z mnohých krajín sveta. Možno ju skutočne nazvať medzinárodnou inštitúciou. Všetko však začalo na úplne inej úrovni, v prvom rade preto, aby bolo možné určiť rýchlosť protónu v urýchľovači. Ide o históriu vzniku a fázy vývoja takýchto urýchľovačov, o ktorých sa bude diskutovať nižšie.
História začiatku
Po tom, čo bola objavená prítomnosť alfa častíc a začali sa priamo skúmať atómové jadrá, ľudia začali skúšať na nich experimentovať. O protónových urýchľovačoch sa tu najskôr nehovorilo, keďže úroveň technológie bola pomerne nízka. Skutočná éra tvorby urýchľovacej technológie sa začala až v r30. rokov minulého storočia, kedy vedci začali cielene vyvíjať schémy urýchľovania častíc. Dvaja vedci z Veľkej Británie ako prví navrhli v roku 1932 špeciálny generátor jednosmerného napätia, ktorý ostatným umožnil začať éru jadrovej fyziky, čo sa v praxi stalo možným.
Vzhľad cyklotrónu
Cyklotrón, teda názov prvého protónového urýchľovača, sa objavil vedcovi Ernestovi Lawrenceovi ako nápad už v roku 1929, no skonštruoval ho až v roku 1931. Prekvapivo bola prvá vzorka dostatočne malá, mala priemer len asi tucet centimetrov, a preto mohla protóny len mierne urýchliť. Celý koncept jeho urýchľovača mal využívať nie elektrické, ale magnetické pole. Protónový urýchľovač v takomto stave nemal za cieľ priamo urýchľovať kladne nabité častice, ale zakrivenie ich trajektórie do takého stavu, aby leteli v kruhu v uzavretom stave.
To umožnilo vytvoriť cyklotrón pozostávajúci z dvoch dutých polovičných diskov, vo vnútri ktorých rotovali protóny. Všetky ostatné cyklotróny boli založené na tejto teórii, ale aby získali oveľa väčší výkon, stávali sa čoraz nepraktickejšími. V 40. rokoch sa štandardná veľkosť takéhoto protónového urýchľovača začala rovnať budovám.
Práve za vynález cyklotrónu bol Lawrence v roku 1939 ocenený Nobelovou cenou za fyziku.
Synchrophasotrons
Keď sa však vedci snažili urobiť protónový urýchľovač výkonnejším,Problémy. Často boli čisto technické, keďže požiadavky na výsledné médium boli neuveriteľne vysoké, no čiastočne spočívali v tom, že častice jednoducho nezrýchlili, ako sa od nich požadovalo. Nový prelom v roku 1944 urobil Vladimír Veksler, ktorý prišiel s princípom autofázovania. Prekvapivo to isté urobil o rok neskôr aj americký vedec Edwin Macmillan. Navrhli upraviť elektrické pole tak, aby ovplyvňovalo samotné častice, v prípade potreby ich upravilo alebo naopak spomalilo. To umožnilo udržať pohyb častíc vo forme jedného zväzku a nie rozmazanej hmoty. Takéto urýchľovače sa nazývajú synchrofasotron.
Collider
Na to, aby urýchľovač urýchlil protóny na kinetickú energiu, začali byť potrebné ešte výkonnejšie štruktúry. Takto sa zrodili urýchľovače, ktoré fungovali pomocou dvoch lúčov častíc, ktoré sa otáčali v opačných smeroch. A keďže boli umiestnené smerom k sebe, častice by sa zrazili. Myšlienku prvýkrát zrodil už v roku 1943 fyzik Rolf Wideröe, ale rozvinúť ju bolo možné až v 60. rokoch, keď sa objavili nové technológie, ktoré by tento proces dokázali uskutočniť. To umožnilo zvýšiť počet nových častíc, ktoré by sa objavili v dôsledku zrážky.
Všetok vývoj v nasledujúcich rokoch priamo viedol k vybudovaniu obrovského zariadenia – Veľkého hadrónového urýchľovača v roku 2008, ktorý má vo svojej štruktúre prstenec dlhý 27 kilometrov. Verí sa, žepráve experimenty v ňom uskutočnené pomôžu pochopiť, ako vznikol náš svet a jeho hlbokú štruktúru.
Spustenie veľkého hadrónového urýchľovača
Prvý pokus uviesť tento urýchľovač do prevádzky bol v septembri 2008. Za deň jeho oficiálneho spustenia sa považuje 10. september. Po sérii úspešných testov však došlo k nehode - po 9 dňoch zlyhala, a preto bola nútená zavrieť kvôli oprave.
Nové testy sa začali až v roku 2009, ale až do roku 2014 zariadenie fungovalo s extrémne nízkou spotrebou energie, aby sa predišlo ďalším poruchám. Práve v tom čase bol objavený Higgsov bozón, čo spôsobilo prudký nárast vo vedeckej komunite.
V súčasnosti prebieha takmer celý výskum v oblasti ťažkých iónov a ľahkých jadier, po ktorých bude LHC do roku 2021 opäť uzavretý kvôli modernizácii. Predpokladá sa, že bude schopný fungovať približne do roku 2034, potom si ďalší výskum vyžiada vytvorenie nových urýchľovačov.
Dnešný obraz
V súčasnosti už konštrukčný limit urýchľovačov dosiahol svoj vrchol, takže jedinou možnosťou je vytvoriť lineárny protónový urýchľovač podobný tým, ktoré sa v súčasnosti používajú v medicíne, ale oveľa výkonnejší. CERN sa pokúsil znovu vytvoriť miniatúrnu verziu zariadenia, ale v tejto oblasti nedošlo k žiadnemu viditeľnému pokroku. Tento model lineárneho urýchľovača sa plánuje priamo napojiť na LHC s cieľom provokovaťhustota a intenzita protónov, ktoré potom budú nasmerované priamo do samotného urýchľovača.
Záver
S príchodom jadrovej fyziky sa začala éra vývoja urýchľovačov častíc. Prešli mnohými etapami, z ktorých každá priniesla množstvo objavov. Teraz je nemožné nájsť človeka, ktorý v živote nepočul o veľkom hadrónovom urýchľovači. Spomína sa v knihách, filmoch - predpovedá, že pomôže odhaliť všetky tajomstvá sveta alebo ho jednoducho ukončí. Nie je s určitosťou známe, k čomu všetky experimenty v CERN-e povedú, ale s použitím urýchľovačov vedci dokázali odpovedať na mnohé otázky.
