9 удивительных фактов об ускорителях частиц и о том, как они работают

Что такое ускорители частиц и как они работают? Давайте разберемся.

Ускорители частиц, иногда называемые ускорителями ядерных частиц, являются одними из самых передовых элементов научного оборудования в мире. Но что это такое и как они работают? Здесь мы кратко исследуем лежащие в их основе технологии и рассмотрим некоторые интересные факты об этих высокотехнологичных «кабламерах».

Что такое ускорители частиц и как они работают?

Ускорители элементарных частиц, как следует из названия, представляют собой особые технические средства, используемые для ускорения крошечных элементов материи, называемых частицами. Но они намного сложнее и интереснее. Такие устройства эффективно используют магнитные и электрические поля для создания быстрого потока заряженных частиц, которые выстреливают в конкретную цель, в зависимости от применения. Частицы, как правило, состоят из протонов или электронов, но в некоторых особых случаях их можно использовать для запуска субатомных частиц или даже целых атомов, таких как золото, уран и т. д.

Один конкретный вид ускорителя частиц, называемый круговым ускорителем частиц (например, Большой адронный коллайдер в ЦЕРНе), состоит примерно из шести основных компонентов.

1. Источник частиц - здесь производится предполагаемый пучок частиц «боеприпасы».
2. Балочная труба - это конструкция, внутри которой движется пучок частиц. Обычно ее держат в вакууме, и она всегда должна быть чистой, как стёклышко.
3. Электромагниты - они используются для направления и фокусировки частиц вокруг балочной трубы.
4. Электрические поля - через различные заданные интервалы вокруг лучевой трубы генерируются электрические поля положительной или отрицательной полярности с заданной частотой. Они ускоряют пучок частиц, проходя через них.
5. Мишени - ограниченный и ускоренный пучок частиц обычно нацелен на частицу-мишень. Это может быть тонкий кусок металлической фольги или другие частицы.
6. Детекторы - специальные детекторы частиц используются для регистрации последствий любых столкновений внутри ускорителя. Они будут следить за любыми образующимися частицами или излучением во время столкновения.

Интересные факты об ускорителях частиц

Итак, без лишних слов, вот несколько интересных фактов об ускорителях частиц. Этот список далеко не исчерпывающий и в нем нет определенного порядка.

 

1. В вашем старом ЭЛТ-телевизоре было что-то вроде ускорителя частиц.

Если вы достаточно взрослые, и помните время до появления ЖК-телевизоров с плоским экраном и плазменных телевизоров, в какой-то момент вы были счастливым обладателем собственного небольшого ускорителя частиц. ЭЛТ, сокращение от электронно-лучевой трубки, использовала магниты для ускорения электронов в вакууме на экран из люминофора для получения света. Каждое маленькое столкновение создавало освещенное пятно или пиксель, которые при объединении давали изображение.

 

 

2. У ускорителей частиц есть много важных применений.

Ускорители частиц используются не только для домашних развлечений. Они много где применяются по всему миру. Например, ускорители частиц используются в медицине. Они используются для ускорения диагностики множества болезней по всему миру. В промышленности они используются для изготовления таких вещей, как компьютерные микросхемы и термоусадочная пленка. Они также используются для проверки грузов при пограничных проверках, а также для управления запасами и определения характеристик материалов.

 

 

 

3. Ускорители элементарных частиц помогают нам понять Вселенную вокруг нас.

Одно из наиболее важных применений ускорителей элементарных частиц - это физика элементарных частиц, также известная как физика высоких энергий. Используя их, физики элементарных частиц узнают о природе многих фундаментальных частиц и физических законах, которые управляют всем, от материи и энергии до времени и пространства.

 

 

 

 

4. Большой адронный коллайдер - крупнейший в мире ускоритель элементарных частиц.

Большой адронный коллайдер (БАК) - самый большой и мощный ускоритель частиц. Впервые он был открыт для ведения бизнеса и исследования скважин в сентябре 2008 года и состоит из 27-километрового кольца сверхпроводящих магнитов с точками ускорения по всему его ходу. Эта массивная структура используется для запуска лучей субатомных частиц со скоростью, близкой к скорости света, друг в друга, чтобы увидеть, что происходит. БАК помог совершить множество удивительных открытий в физике элементарных частиц, включая открытие Бозона Хиггса.

 

 

 

 

5. Ускорители частиц бывают двух основных типов.

Ускорители частиц бывают самых разных форм и размеров. Но они, как правило, попадают в одну из двух основных категорий: линейные ускорители и круговые. Первые перемещают частицы по прямой линии, отсюда и название. Последние, как БАК в ЦЕРНе или Тэватрон в США, перемещают их по круговому курсу.

 

 

6. Ускорители элементарных частиц использовались для обнаружения различных основных элементов.

Ускорители элементарных частиц были использованы для некоторых крупных открытий в других областях науки, помимо физики элементарных частиц. Например, первые машины, такие как 60-дюймовый циклотрон Лоуренса, использовались для обнаружения плутония, нептуния и многих других трансурановых элементов и изофотов. За эту работу Гленн Сиборг и Эдвин Макмиллан были удостоены престижной Нобелевской премии по химии в 1951 году.

 

 

 

 

7. Одно из самых длинных зданий в мире было построено специально для ускорителя элементарных частиц.

Здание линейного ускорителя в Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Сан-Франциско - одно из самых длинных зданий в мире. Его длина составляет около 2 миль (3,2 км), и в нем находится очень мощный линейный ускоритель частиц.

 

 

 

 

8. Самая высокая температура, когда-либо созданная человеком, была зарегистрирована внутри ускорителя элементарных частиц.

Пиковая температура около 5,5 триллиона градусов по Цельсию была зарегистрирована в 2012 году на релятивистском коллайдере тяжёлых ионов в Брукхейвенской национальной лаборатории. Это не только было занесено в Книгу рекордов Гиннеса, но также позволило произвести небольшое количество кварк-глюонной плазмы (состояние материи, которое, как считается, доминировало в ранней Вселенной).

 

 

 

9. Когда-то хорьков использовали для чистки деталей ускорителя.

Между 1971 и 1999 годами хорьков фактически использовали для очистки определенных частей ускорителя частиц в мезонной лаборатории Фермилаба. Поскольку хорьки любят рыть норы и карабкаться по туннелям, они были сочтены идеальным решением для очистки сотен метров вакуумных трубопроводов от мусора, прежде чем запускать в них частицы. Каждый хорек, как и Фелиция, протягивал смоченную в растворе тряпку через длинные отрезки трубы. С тех пор хорьков заменили специально разработанные роботы.