რამდენიმე წლის წინ იწინასწარმეტყველეს, რომ როგორც კი ადრონული კოლაიდერი ამოქმედდებოდა, სამყაროს აღსასრული დადგებოდა. ეს უზარმაზარი პროტონებისა და იონების ამაჩქარებელი, რომელიც აშენდა შვეიცარიის CERN-ში, სამართლიანად არის აღიარებული, როგორც ყველაზე დიდი ექსპერიმენტული ობიექტი მსოფლიოში. იგი აშენდა ათიათასობით მეცნიერის მიერ მსოფლიოს მრავალი ქვეყნიდან. მას ნამდვილად შეიძლება ეწოდოს საერთაშორისო ინსტიტუტი. თუმცა ყველაფერი სულ სხვა დონეზე დაიწყო, პირველ რიგში, რათა ამაჩქარებელში პროტონის სიჩქარის დადგენა შემეძლო. საუბარია ასეთი ამაჩქარებლების შექმნის ისტორიასა და განვითარების ეტაპებზე, რომელიც ქვემოთ იქნება განხილული.
დაწყების ისტორია
მას შემდეგ, რაც ალფა ნაწილაკების არსებობა იქნა აღმოჩენილი და ატომური ბირთვების უშუალო შესწავლა დაიწყო, ადამიანებმა დაიწყეს მათზე ექსპერიმენტების მცდელობა. თავიდან აქ პროტონების ამაჩქარებლებზე არ იყო საუბარი, ვინაიდან ტექნოლოგიის დონე შედარებით დაბალი იყო. ამაჩქარებლის ტექნოლოგიის შექმნის ნამდვილი ერა მხოლოდ დაიწყოგასული საუკუნის 30-იანი წლები, როდესაც მეცნიერებმა მიზანმიმართულად დაიწყეს ნაწილაკების აჩქარების სქემების შემუშავება. ორი მეცნიერი დიდი ბრიტანეთიდან იყო პირველი, ვინც 1932 წელს შეიმუშავა სპეციალური DC ძაბვის გენერატორი, რამაც საშუალება მისცა დანარჩენებს დაეწყოთ ბირთვული ფიზიკის ერა, რაც შესაძლებელი გახდა პრაქტიკაში.
ციკლოტრონის გამოჩენა
ციკლოტრონი, კერძოდ, პირველი პროტონის ამაჩქარებლის სახელი, იდეად გამოჩნდა მეცნიერ ერნესტ ლოურენსს ჯერ კიდევ 1929 წელს, მაგრამ მან შეძლო მისი დიზაინი მხოლოდ 1931 წელს. გასაკვირია, რომ პირველი ნიმუში საკმარისად მცირე იყო, დიამეტრის მხოლოდ ათეული სანტიმეტრი იყო და, შესაბამისად, მხოლოდ ოდნავ შეეძლო პროტონების აჩქარება. მისი ამაჩქარებლის მთელი კონცეფცია იყო არა ელექტრული, არამედ მაგნიტური ველის გამოყენება. პროტონის ამაჩქარებელი ასეთ მდგომარეობაში მიზნად ისახავდა არა პირდაპირ დადებითად დამუხტული ნაწილაკების აჩქარებას, არამედ მათი ტრაექტორიის ისეთ მდგომარეობამდე გამრუდებას, რომ ისინი წრეში დაფრინავდნენ დახურულ მდგომარეობაში.
არის რამაც შესაძლებელი გახადა ციკლოტრონის შექმნა, რომელიც შედგება ორი ღრუ ნახევარდისკისგან, რომლის შიგნითაც პროტონები ბრუნავდნენ. ყველა სხვა ციკლოტრონი ეფუძნებოდა ამ თეორიას, მაგრამ იმისთვის, რომ მიეღოთ ბევრად მეტი ძალა, ისინი უფრო და უფრო მოუხერხებელი ხდებოდნენ. 40-იანი წლებისთვის ასეთი პროტონის ამაჩქარებლის სტანდარტული ზომა შენობების ტოლფასი გახდა.
ციკლოტრონის გამოგონებისთვის ლოურენსს მიენიჭა ნობელის პრემია ფიზიკაში 1939 წელს.
სინქროფაზოტრონები
თუმცა, როცა მეცნიერები ცდილობდნენ პროტონის ამაჩქარებელი უფრო ძლიერი გაეხადათ,პრობლემები. ხშირად ისინი წმინდა ტექნიკური იყო, რადგან მიღებული საშუალების მოთხოვნები წარმოუდგენლად მაღალი იყო, მაგრამ ნაწილობრივ ისინი იმაში მდგომარეობდნენ, რომ ნაწილაკები უბრალოდ არ აჩქარდნენ, როგორც მათგან მოითხოვდა. ახალი გარღვევა 1944 წელს მიაღწია ვლადიმერ ვეკსლერმა, რომელმაც მოიფიქრა ავტოფაზის პრინციპი. გასაკვირია, რომ ამერიკელმა მეცნიერმა ედვინ მაკმილანმა იგივე გააკეთა ერთი წლის შემდეგ. მათ შესთავაზეს ელექტრული ველის რეგულირება ისე, რომ ეს გავლენას მოახდენს თავად ნაწილაკებზე, საჭიროების შემთხვევაში მათი კორექტირება ან, პირიქით, მათი შენელება. ამან შესაძლებელი გახადა ნაწილაკების მოძრაობა ერთი მტევნის სახით შენარჩუნებულიყო და არა ბუნდოვანი მასის სახით. ასეთ ამაჩქარებლებს სინქროფაზოტრონს უწოდებენ.
Collider
იმისთვის, რომ ამაჩქარებელმა პროტონები კინეტიკურ ენერგიამდე მიიყვანა, საჭირო გახდა კიდევ უფრო ძლიერი სტრუქტურები. ასე დაიბადა კოლაიდერები, რომლებიც მუშაობდნენ ნაწილაკების ორი სხივის გამოყენებით, რომლებიც საპირისპირო მიმართულებით ბრუნავდნენ. და რადგან ისინი ერთმანეთისკენ იყვნენ მოთავსებული, ნაწილაკები დაეჯახებოდნენ. იდეა პირველად ჯერ კიდევ 1943 წელს დაიბადა ფიზიკოს როლფ ვიდეროეს მიერ, მაგრამ მისი განვითარება შეუძლებელი გახდა 60-იან წლებამდე, როდესაც გამოჩნდა ახალი ტექნოლოგიები, რომლებსაც შეეძლოთ ამ პროცესის განხორციელება. ამან შესაძლებელი გახადა ახალი ნაწილაკების რაოდენობის გაზრდა, რომლებიც გამოჩნდებოდნენ შეჯახების შედეგად.
შემდეგი წლების ყველა განვითარებულმა განვითარებამ პირდაპირ გამოიწვია უზარმაზარი ობიექტის - დიდი ადრონული კოლაიდერის მშენებლობა 2008 წელს, რომელიც თავის სტრუქტურაში 27 კილომეტრის სიგრძის რგოლს წარმოადგენს. ითვლება, რომსწორედ მასში ჩატარებული ექსპერიმენტები დაგვეხმარება იმის გაგებაში, თუ როგორ ჩამოყალიბდა ჩვენი სამყარო და მისი ღრმა სტრუქტურა.
დიდი ადრონული კოლაიდერის გაშვება
ამ კოლაიდერის ექსპლუატაციაში გაშვების პირველი მცდელობა განხორციელდა 2008 წლის სექტემბერში. მისი ოფიციალური გაშვების დღედ ითვლება 10 სექტემბერი. თუმცა, წარმატებული ტესტების სერიის შემდეგ, მოხდა ავარია - 9 დღის შემდეგ ის ვერ მოხერხდა და ამიტომ იძულებული გახდა დახურულიყო სარემონტოდ.
ახალი ტესტები დაიწყო მხოლოდ 2009 წელს, მაგრამ 2014 წლამდე, დაწესებულება მუშაობდა უკიდურესად დაბალი ენერგიით, შემდგომი ავარიების თავიდან ასაცილებლად. სწორედ ამ დროს იქნა აღმოჩენილი ჰიგსის ბოზონი, რამაც გამოიწვია მეცნიერული საზოგადოების ზრდა.
ამჟამად თითქმის ყველა კვლევა მიმდინარეობს მძიმე იონებისა და მსუბუქი ბირთვების სფეროში, რის შემდეგაც LHC კვლავ დაიხურება მოდერნიზაციისთვის 2021 წლამდე. ითვლება, რომ ის იმუშავებს დაახლოებით 2034 წლამდე, რის შემდეგაც შემდგომი კვლევა საჭიროებს ახალი ამაჩქარებლების შექმნას.
დღევანდელი ნახატი
ამჟამად ამაჩქარებლების დიზაინის ზღვარმა პიკს მიაღწია, ამიტომ ერთადერთი ვარიანტია ხაზოვანი პროტონის ამაჩქარებლის შექმნა, როგორიც ამჟამად გამოიყენება მედიცინაში, მაგრამ ბევრად უფრო ძლიერი. CERN-მა სცადა მოწყობილობის მინიატურული ვერსიის ხელახლა შექმნა, მაგრამ ამ სფეროში შესამჩნევი პროგრესი არ ყოფილა. ხაზოვანი კოლაიდერის ამ მოდელის პროვოცირების მიზნით დაგეგმილია უშუალოდ დაკავშირება LHC-თანპროტონების სიმკვრივე და ინტენსივობა, რომლებიც შემდეგ პირდაპირ კოლაიდერში იქნება მიმართული.
დასკვნა
ატომური ფიზიკის მოსვლასთან ერთად დაიწყო ნაწილაკების ამაჩქარებლების განვითარების ერა. მათ მრავალი ეტაპი გაიარეს, რომელთაგან თითოეულმა უამრავი აღმოჩენა მოიტანა. ახლა შეუძლებელია ისეთი ადამიანის პოვნა, რომელსაც ცხოვრებაში არასოდეს სმენია დიდი ადრონული კოლაიდერის შესახებ. ის მოხსენიებულია წიგნებში, ფილმებში - წინასწარმეტყველებენ, რომ ის დაეხმარება მსოფლიოს ყველა საიდუმლოს გამოვლენაში ან უბრალოდ დაასრულებს მას. დანამდვილებით უცნობია, რას გამოიწვევს CERN-ის ყველა ექსპერიმენტი, მაგრამ ამაჩქარებლების გამოყენებით მეცნიერებმა შეძლეს პასუხის გაცემა ბევრ კითხვაზე.
