เมื่อหลายปีก่อนมีการคาดการณ์ว่าทันทีที่ Hadron Collider ถูกนำไปใช้งาน จุดจบของโลกจะมาถึง เครื่องเร่งโปรตอนและไอออนขนาดใหญ่นี้ ซึ่งสร้างขึ้นที่ Swiss CERN ได้รับการยอมรับอย่างถูกต้องว่าเป็นศูนย์ทดลองที่ใหญ่ที่สุดในโลก มันถูกสร้างขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์หลายหมื่นคนจากหลายประเทศทั่วโลก เรียกได้ว่าเป็นสถาบันระหว่างประเทศอย่างแท้จริง อย่างไรก็ตาม ทุกอย่างเริ่มต้นในระดับที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง อย่างแรกเลย เพื่อให้สามารถกำหนดความเร็วของโปรตอนในคันเร่งได้ เป็นเรื่องเกี่ยวกับประวัติศาสตร์ของการสร้างสรรค์และขั้นตอนของการพัฒนาตัวเร่งความเร็วดังกล่าวซึ่งจะกล่าวถึงด้านล่าง
ประวัติศาสตร์การเริ่มต้น
หลังจากค้นพบอนุภาคแอลฟาและเริ่มศึกษานิวเคลียสของอะตอมโดยตรง ผู้คนก็เริ่มทดลองกับพวกมัน ในตอนแรก ไม่มีการพูดถึงเครื่องเร่งโปรตอนในที่นี้ เนื่องจากระดับของเทคโนโลยีค่อนข้างต่ำ ยุคที่แท้จริงของการสร้างเทคโนโลยีคันเร่งเริ่มต้นเฉพาะในทศวรรษที่ 30 ของศตวรรษที่ผ่านมา เมื่อนักวิทยาศาสตร์เริ่มพัฒนาแผนการเร่งความเร็วของอนุภาคอย่างมีจุดมุ่งหมาย นักวิทยาศาสตร์สองคนจากสหราชอาณาจักรเป็นคนแรกที่ออกแบบเครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงแบบพิเศษในปี 1932 ซึ่งทำให้คนอื่นๆ สามารถเริ่มต้นยุคฟิสิกส์นิวเคลียร์ได้ ซึ่งในทางปฏิบัติก็เป็นไปได้
รูปลักษณ์ของไซโคลตรอน
ไซโคลตรอน ซึ่งเป็นชื่อเครื่องเร่งโปรตอนตัวแรก ปรากฏเป็นแนวคิดของนักวิทยาศาสตร์เออร์เนสต์ ลอว์เรนซ์ ในปี 1929 แต่เขาสามารถออกแบบได้เฉพาะในปี 1931 เท่านั้น น่าแปลกที่ตัวอย่างแรกมีขนาดเล็กพอ มีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียงสิบสองเซนติเมตร ดังนั้นจึงสามารถเร่งโปรตอนได้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น แนวคิดทั้งหมดของคันเร่งของเขาคือไม่ใช้ไฟฟ้า แต่เป็นสนามแม่เหล็ก เครื่องเร่งโปรตอนในสถานะดังกล่าวไม่ได้มุ่งเป้าไปที่การเร่งอนุภาคที่มีประจุบวกโดยตรงโดยตรง แต่มุ่งหมายที่จะทำให้วิถีโคจรของพวกมันโค้งไปสู่สถานะที่พวกมันบินเป็นวงกลมในสถานะปิด
นี่คือสิ่งที่ทำให้สามารถสร้างไซโคลตรอน ซึ่งประกอบด้วยดิสก์ครึ่งกลวงสองแผ่น ซึ่งภายในโปรตอนหมุนอยู่ ไซโคลตรอนอื่นๆ ทั้งหมดมีพื้นฐานอยู่บนทฤษฎีนี้ แต่เพื่อให้ได้พลังมากขึ้น พวกมันจึงเทอะทะมากขึ้นเรื่อยๆ ในยุค 40 ขนาดมาตรฐานของตัวเร่งโปรตอนเริ่มสร้างขนาดเท่ากัน
สำหรับการประดิษฐ์ไซโคลตรอนที่ลอว์เรนซ์ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 2482
ซินโครฟาโซตรอน
อย่างไรก็ตาม ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์พยายามทำให้เครื่องเร่งโปรตอนมีพลังมากขึ้นปัญหา. บ่อยครั้งที่พวกเขาใช้เทคนิคล้วนๆ เนื่องจากข้อกำหนดสำหรับสื่อที่ได้นั้นสูงอย่างไม่น่าเชื่อ แต่ส่วนหนึ่งเป็นเพราะอนุภาคไม่ได้เร่งความเร็วตามที่ต้องการ ความก้าวหน้าครั้งใหม่ในปี 1944 เกิดขึ้นโดย Vladimir Veksler ผู้คิดค้นหลักการ autophasing น่าแปลกที่นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน Edwin Macmillan ทำเช่นเดียวกันในอีกหนึ่งปีต่อมา พวกเขาเสนอให้ปรับสนามไฟฟ้าเพื่อให้ส่งผลกระทบต่ออนุภาคเองหากจำเป็นให้ปรับหรือในทางกลับกันทำให้ช้าลง ทำให้สามารถคงการเคลื่อนที่ของอนุภาคให้อยู่เป็นกลุ่มเดียวได้ และไม่เป็นก้อนที่พร่ามัว เครื่องเร่งความเร็วดังกล่าวเรียกว่าซินโครฟาโซตรอน
ชนกัน
เพื่อให้ตัวเร่งความเร็วเร่งโปรตอนเป็นพลังงานจลน์ โครงสร้างที่ทรงพลังยิ่งขึ้นจึงเริ่มมีความจำเป็น นี่คือสาเหตุที่ทำให้เกิดการชนกัน ซึ่งทำงานโดยใช้ลำอนุภาคสองลำที่จะหมุนไปในทิศทางตรงกันข้าม และเนื่องจากพวกมันถูกวางเข้าหากัน อนุภาคก็จะชนกัน แนวคิดนี้ถือกำเนิดขึ้นครั้งแรกในปี 1943 โดยนักฟิสิกส์รอล์ฟ ไวเดอเร แต่ไม่สามารถพัฒนาได้จนถึงยุค 60 เมื่อเทคโนโลยีใหม่ปรากฏขึ้นซึ่งสามารถดำเนินการตามกระบวนการนี้ได้ ทำให้สามารถเพิ่มจำนวนอนุภาคใหม่ที่จะปรากฏขึ้นเนื่องจากการชนกัน
การพัฒนาทั้งหมดในปีต่อๆ มานำไปสู่การก่อสร้างโรงงานขนาดใหญ่ - Large Hadron Collider ในปี 2008 ซึ่งในโครงสร้างของมันมีความยาว 27 กิโลเมตร มีความเชื่อกันว่าเป็นการทดลองที่จะช่วยให้เข้าใจว่าโลกของเราก่อตัวขึ้นอย่างไรและโครงสร้างที่ลึกล้ำ
เปิดตัว Large Hadron Collider
ความพยายามครั้งแรกในการนำเครื่องชนไปใช้งานในเดือนกันยายน 2008 10 กันยายน ถือเป็นวันเปิดตัวอย่างเป็นทางการ อย่างไรก็ตาม หลังจากการทดสอบที่ประสบความสำเร็จหลายครั้ง เกิดอุบัติเหตุขึ้น - หลังจากผ่านไป 9 วัน ก็ไม่สำเร็จ ดังนั้นจึงต้องปิดซ่อมแซม
การทดสอบใหม่เริ่มขึ้นในปี 2552 เท่านั้น แต่จนถึงปี 2557 โรงงานแห่งนี้ใช้พลังงานต่ำมากเพื่อป้องกันการพังทลายเพิ่มเติม ในเวลานี้เองที่มีการค้นพบฮิกส์โบซอน ซึ่งทำให้เกิดกระแสสังคมวิทยา
ในขณะนี้ กำลังดำเนินการวิจัยเกือบทั้งหมดในด้านไอออนหนักและนิวเคลียสของแสง หลังจากนั้น LHC จะปิดอีกครั้งเพื่อปรับปรุงให้ทันสมัยจนถึงปี 2021 เชื่อกันว่ามันจะสามารถทำงานได้จนถึงประมาณปี 2034 หลังจากนั้นการวิจัยเพิ่มเติมจะต้องมีการสร้างตัวเร่งความเร็วใหม่
ภาพวาดวันนี้
ในขณะนี้ การออกแบบเครื่องเร่งความเร็วได้มาถึงจุดสูงสุดแล้ว ดังนั้นทางเลือกเดียวคือการสร้างเครื่องเร่งโปรตอนเชิงเส้นที่คล้ายกับที่ใช้ในทางการแพทย์ในปัจจุบัน แต่มีประสิทธิภาพมากกว่ามาก CERN พยายามสร้างอุปกรณ์รุ่นจิ๋วขึ้นใหม่ แต่ไม่มีความคืบหน้าที่เห็นได้ชัดเจนในพื้นที่นี้ โมเดลของตัวชนเชิงเส้นนี้วางแผนที่จะเชื่อมต่อโดยตรงกับ LHC เพื่อกระตุ้นความหนาแน่นและความเข้มของโปรตอน ซึ่งจะถูกส่งตรงไปยังตัวชนโดยตรง
สรุป
ด้วยการถือกำเนิดของฟิสิกส์นิวเคลียร์ ยุคของการพัฒนาเครื่องเร่งอนุภาคจึงเริ่มต้นขึ้น พวกเขาได้ผ่านหลายขั้นตอน ซึ่งแต่ละขั้นตอนได้นำการค้นพบมากมาย ตอนนี้เป็นไปไม่ได้ที่จะหาคนที่ไม่เคยได้ยินเรื่อง Large Hadron Collider ในชีวิตของเขา เขาถูกกล่าวถึงในหนังสือ ภาพยนตร์ - ทำนายว่าเขาจะช่วยเปิดเผยความลับทั้งหมดของโลกหรือเพียงแค่จบมัน ยังไม่ทราบแน่ชัดว่าการทดลองของ CERN ทั้งหมดจะนำไปสู่อะไร แต่ด้วยการใช้เครื่องเร่งอนุภาค นักวิทยาศาสตร์สามารถตอบคำถามได้มากมาย
