منذ عدة سنوات ، كان من المتوقع أنه بمجرد تشغيل مصادم الهادرون ، ستأتي نهاية العالم. يُعرف مسرع البروتون والأيونات الضخم هذا ، الذي تم بناؤه في Swiss CERN ، بأنه أكبر منشأة تجريبية في العالم. تم بناؤه من قبل عشرات الآلاف من العلماء من العديد من دول العالم. يمكن أن يطلق عليه حقًا مؤسسة دولية. ومع ذلك ، بدأ كل شيء على مستوى مختلف تمامًا ، أولاً وقبل كل شيء ، من أجل التمكن من تحديد سرعة البروتون في المسرع. إنه يتعلق بتاريخ إنشاء مثل هذه المسرعات ومراحل تطورها والتي سيتم مناقشتها أدناه.
بداية التاريخ
بعد اكتشاف وجود جسيمات ألفا وبدأت دراسة النوى الذرية مباشرة ، بدأ الناس في محاولة إجراء التجارب عليها. في البداية ، لم يكن هناك حديث عن أي مسرعات بروتون هنا ، لأن مستوى التكنولوجيا كان منخفضًا نسبيًا. بدأ العصر الحقيقي لإنشاء تقنية التسريع فقط فيالثلاثينيات من القرن الماضي ، عندما بدأ العلماء في تطوير مخططات تسريع الجسيمات عن قصد. كان عالمان من المملكة المتحدة أول من صمم مولدًا خاصًا للجهد المستمر في عام 1932 ، مما سمح للآخرين ببدء عصر الفيزياء النووية ، والذي أصبح ممكنًا في الممارسة العملية.
ظهور السيكلوترون
ظهر السيكلوترون ، وهو اسم أول معجل للبروتون ، كفكرة للعالم إرنست لورانس في عام 1929 ، لكنه لم يتمكن من تصميمه إلا في عام 1931. والمثير للدهشة أن العينة الأولى كانت صغيرة بما يكفي ، وقطرها حوالي عشرة سنتيمترات فقط ، وبالتالي يمكنها فقط تسريع البروتونات بشكل طفيف. كان المفهوم الكامل للمسرِّع هو عدم استخدام مجال كهربائي ، بل مجال مغناطيسي. لم يكن معجل البروتون في مثل هذه الحالة يهدف إلى تسريع الجسيمات موجبة الشحنة مباشرة ، ولكن إلى تقويس مسارها إلى مثل هذه الحالة التي تطير في دائرة في حالة مغلقة.
هذا ما جعل من الممكن إنشاء سيكلوترون ، يتكون من قرصين نصفي مجوفين ، تدور داخلهما البروتونات. كانت جميع السيكلوترونات الأخرى مبنية على هذه النظرية ، ولكن من أجل الحصول على المزيد من القوة ، أصبحت أكثر صعوبة. بحلول الأربعينيات ، بدأ الحجم القياسي لمسرع البروتون في مساواة المباني.
حصل لورانس على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1939 لاختراع السيكلوترون.
Synchrophasotrons
ومع ذلك ، حيث حاول العلماء جعل مسرع البروتون أكثر قوة ،مشاكل. غالبًا ما كانت تقنية بحتة ، نظرًا لأن متطلبات الوسيط الناتج كانت عالية بشكل لا يصدق ، لكنها كانت جزئيًا في حقيقة أن الجسيمات ببساطة لم تتسارع كما هو مطلوب منها. حقق فلاديمير فيكسلر تقدمًا جديدًا في عام 1944 ، حيث جاء بمبدأ الطرح التلقائي. والمثير للدهشة أن العالم الأمريكي إدوين ماكميلان فعل الشيء نفسه بعد عام. اقترحوا تعديل المجال الكهربائي بحيث يؤثر على الجسيمات نفسها ، إذا لزم الأمر ، تعديلها أو ، على العكس من ذلك ، إبطائها. هذا جعل من الممكن الحفاظ على حركة الجسيمات في شكل مجموعة واحدة ، وليس كتلة ضبابية. تسمى هذه المسرعات السنكروفازوترون.
مصادم
لكي يقوم المسرع بتسريع البروتونات إلى الطاقة الحركية ، بدأت الحاجة إلى هياكل أكثر قوة. هكذا ولدت المصادمات ، والتي عملت باستخدام حزمتين من الجسيمات تدور في اتجاهين متعاكسين. وبما أنها وُضعت تجاه بعضها البعض ، فإن الجسيمات ستتصادم. ولدت الفكرة لأول مرة في عام 1943 من قبل الفيزيائي رولف فيديروي ، ولكن لم يكن من الممكن تطويرها حتى الستينيات ، عندما ظهرت تقنيات جديدة يمكنها تنفيذ هذه العملية. هذا جعل من الممكن زيادة عدد الجسيمات الجديدة التي ستظهر نتيجة الاصطدام.
أدت جميع التطورات على مدى السنوات التالية بشكل مباشر إلى إنشاء منشأة ضخمة - مصادم الهادرونات الكبير في عام 2008 ، والذي يبلغ طوله في هيكله 27 كيلومترًا. يعتقد أنإن التجارب التي أجريت فيه ستساعد على فهم كيفية تكوين عالمنا وبنيته العميقة.
إطلاق مصادم الهادرونات الكبير
تم إجراء المحاولة الأولى لتشغيل هذا المصادم في سبتمبر 2008. يعتبر 10 سبتمبر يوم إطلاقه الرسمي. ومع ذلك ، بعد سلسلة من الاختبارات الناجحة ، وقع حادث - بعد 9 أيام فشل ، وبالتالي اضطر إلى الإغلاق للإصلاح.
بدأت الاختبارات الجديدة فقط في عام 2009 ، ولكن حتى عام 2014 ، كانت المنشأة تعمل بطاقة منخفضة للغاية لمنع المزيد من الأعطال. في هذا الوقت تم اكتشاف بوزون هيغز ، مما تسبب في طفرة في المجتمع العلمي.
في الوقت الحالي ، تُجرى جميع الأبحاث تقريبًا في مجال الأيونات الثقيلة والأنوية الخفيفة ، وبعد ذلك سيتم إغلاق LHC مرة أخرى للتحديث حتى عام 2021. يُعتقد أنه سيكون قادرًا على العمل حتى عام 2034 تقريبًا ، وبعد ذلك سيتطلب المزيد من البحث إنشاء مسرعات جديدة.
لوحة اليوم
في الوقت الحالي ، وصل حد تصميم المسرعات إلى ذروته ، لذا فإن الخيار الوحيد هو إنشاء مسرع بروتون خطي مماثل لتلك المستخدمة حاليًا في الطب ، ولكنه أقوى بكثير. حاولت CERN إعادة إنشاء نسخة مصغرة من الجهاز ، لكن لم يكن هناك تقدم ملحوظ في هذا المجال. تم التخطيط لهذا النموذج من المصادم الخطي ليتم توصيله مباشرة بمصادم الهادرونات الكبير من أجل الاستفزازكثافة وشدة البروتونات ، والتي سيتم توجيهها بعد ذلك مباشرة إلى المصادم نفسه.
الخلاصة
مع ظهور الفيزياء النووية ، بدأ عصر تطوير مسرعات الجسيمات. لقد مروا بمراحل عديدة ، كل منها جلب العديد من الاكتشافات. الآن من المستحيل العثور على شخص لم يسمع من قبل بمصادم الهادرونات الكبير في حياته. إنه مذكور في الكتب والأفلام - متوقعًا أنه سيساعد في الكشف عن كل أسرار العالم أو ببساطة إنهاءه. ليس معروفًا على وجه اليقين ما ستؤدي إليه جميع تجارب CERN ، ولكن باستخدام المسرعات ، تمكن العلماء من الإجابة على العديد من الأسئلة.
