Οι επιταχυντές σωματιδίων

Οι πρώτες ανακαλύψεις σχετικά με τη βασική δομή της ύλης έγιναν σε πειράματα με κοσμικές ακτίνες και ραδιενέργεια, που εξερευνούσαν τις συγκρούσεις των υποατομικών σωματιδίων, των ηλεκτρονίων, των πρωτονίων και των βαρύτερων ατομικών πυρήνων. Από τότε, οι επιταχυντές σωματιδίων έχουν επιτρέψει στους φυσικούς να μελετήσουν συγκρούσεις σωματιδίων σε πιο ελεγχόμενες συνθήκες, και έχουν βοηθήσει στην αποκάλυψη των περισσότερων υλικών σωματιδίων και των φορέων δυνάμεων που γνωρίζουμε σήμερα.

Οι επιταχυντές σωματιδίων λειτουργούν εκμεταλλευόμενοι τον τρόπο που κινούνται τα ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια μέσα σε ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία. Τα ηλεκτρικά πεδία δίνουν ενέργεια στα σωματίδια, κι έτσι τα επιταχύνουν, ενώ τα μαγνητικά πεδία προκαλούν απόκλιση στα σωματίδια και τα εστιάζουν σε δέσμες.

Όλοι οι επιταχυντές σωματιδίων έχουν τα ίδια βασικά στοιχεία: μία πηγή σωματιδίων, ηλεκτρικά πεδία που επιταχύνουν τα σωματίδια, και τελικά, ανιχνευτές για την παρατήρηση των σωματιδίων και των συγκρούσεών τους. Πιθανότατα έχετε τουλάχιστον ένα επιταχυντή σωματιδίων στο σπίτι σας.

Η τηλεόρασή σας έχει όλα τα βασικά εξαρτήματα ενός επιταχυντή σωματιδίων. Ο καθοδικός σωλήνας μιας συσκευής τηλεόρασης

Υπάρχουν πολλοί τύποι επιταχυντών. Στους γραμμικούς επιταχυντές (linacs), τα σωματίδια συγκρατούνται σε ευθεία, περνώντας από διαδοχικά ηλεκτρικά πεδία, αυξάνοντας έτσι την ενέργειά τους καθώς περνούν από το ένα στο άλλο. Στους κυκλικούς επιταχυντές [κύκλοτρα (cyclotrons) ή σύγχροτρα (synchrotrons)], τα σωματίδια οδηγούνται από μαγνητικά πεδία σε κυκλική τροχιά κι έτσι περνούν από το ίδιο ηλεκτρικό πεδίο που τα επιταχύνει συνεχώς.

Οι συγκρούσεις με τη μεγαλύτερη ενέργεια γίνονται όταν δύο δέσμες σωματιδίων συναντώνται μετωπικά. Οι περισσότεροι επιταχυντές συγκρουόμενων δεσμών σωματιδίων είναι κυκλικές μηχανές στις οποίες τα σωματίδια συγκρούονται μετωπικά με τα αντισωματίδιά τους. Εκμεταλλεύονται το γεγονός ότι τα σωματίδια και τα αντισωματίδιά τους αντιδρούν με τον ίδιο τρόπο στα ηλεκτρικά και τα μαγνητικά πεδία, με την προϋπόθεση ότι κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις.