לפני מספר שנים נחזה שברגע שמאיץ ההדרון יופעל, סוף העולם יגיע. מאיץ פרוטונים ויונים ענק זה, שנבנה ב-CERN השוויצרי, מוכר בצדק כמתקן הניסויים הגדול בעולם. הוא נבנה על ידי עשרות אלפי מדענים ממדינות רבות בעולם. זה באמת יכול להיקרא מוסד בינלאומי. עם זאת, הכל התחיל ברמה אחרת לגמרי, קודם כל, כדי להיות מסוגל לקבוע את מהירות הפרוטון במאיץ. זה על ההיסטוריה של היצירה ושלבי הפיתוח של מאיצים כאלה שיידונו להלן.
היסטוריה של התחלה
לאחר שהתגלתה נוכחותם של חלקיקי אלפא והחלו לחקור ישירות את גרעיני האטום, אנשים החלו לנסות ניסויים עליהם. בהתחלה לא דיברו כאן על מאיצי פרוטונים, שכן רמת הטכנולוגיה הייתה נמוכה יחסית. העידן האמיתי של יצירת טכנולוגיית המאיץ החל רק בשנות ה-30 של המאה הקודמת, כאשר מדענים החלו לפתח בכוונה תכניות האצת חלקיקים. שני מדענים מבריטניה היו הראשונים שתכננו מחולל מתח DC מיוחד ב-1932, שאפשר לאחרים להתחיל את עידן הפיזיקה הגרעינית, שהתאפשר בפועל.
הופעת הציקלוטרון
הציקלוטרון, כלומר שמו של מאיץ הפרוטונים הראשון, הופיע כרעיון למדען ארנסט לורנס עוד ב-1929, אבל הוא הצליח לעצב אותו רק ב-1931. באופן מפתיע, המדגם הראשון היה קטן דיו, בקוטר של כתריסר סנטימטרים בלבד, ולכן יכלה להאיץ רק מעט פרוטונים. כל הרעיון של המאיץ שלו היה להשתמש לא בשדה חשמלי, אלא בשדה מגנטי. מאיץ הפרוטונים במצב כזה לא היה מכוון להאצה ישירה של חלקיקים בעלי מטען חיובי, אלא לעקמת מסלולם למצב כזה שהם עפו במעגל במצב סגור.
זה מה שאפשר ליצור ציקלוטרון, המורכב משתי חצאי דיסקים חלולים, שבתוכם הסתובבו פרוטונים. כל שאר הציקלוטונים התבססו על התיאוריה הזו, אבל כדי לקבל הרבה יותר כוח, הם הפכו למסורבלים יותר ויותר. בשנות ה-40, הגודל הסטנדרטי של מאיץ פרוטונים כזה החל להיות שווה לבניינים.
בגלל המצאת הציקלוטרון הוענק ללורנס בפרס נובל לפיזיקה ב-1939.
Synchrophasotrons
עם זאת, כאשר מדענים ניסו להפוך את מאיץ הפרוטונים לחזק יותר,בעיות. לעתים קרובות הם היו טכניים גרידא, מכיוון שהדרישות עבור המדיום שהתקבל היו גבוהות להפליא, אך בחלקן הן היו בעובדה שהחלקיקים פשוט לא האיצו כנדרש מהם. פריצת דרך חדשה בשנת 1944 נעשתה על ידי ולדימיר וקסלר, שהגה את עיקרון האוטופיזינג. באופן מפתיע, המדען האמריקני אדווין מקמילן עשה זאת שנה לאחר מכן. הם הציעו להתאים את השדה החשמלי כך שישפיע על החלקיקים עצמם, במידת הצורך, להתאים אותם או להיפך, להאט אותם. זה איפשר לשמור על תנועת החלקיקים בצורה של חבורה אחת, ולא מסה מטושטשת. מאיצים כאלה נקראים synchrophasotron.
Collider
כדי שהמאיץ יאיץ פרוטונים לאנרגיה קינטית, החלו להידרש למבנים חזקים יותר. כך נולדו מתנגשים, שעבדו על ידי שימוש בשתי אלומות של חלקיקים שהסתובבו בכיוונים מנוגדים. ומכיוון שהם הונחו זה לקראת זה, החלקיקים יתנגשו. הרעיון נולד לראשונה ב-1943 על ידי הפיזיקאי רולף ווידרו, אך לא ניתן היה לפתח אותו עד שנות ה-60, אז הופיעו טכנולוגיות חדשות שיכלו לבצע את התהליך הזה. זה איפשר להגדיל את מספר החלקיקים החדשים שיופיעו כתוצאה מההתנגשות.
כל ההתפתחויות במהלך השנים הבאות הובילו ישירות להקמתו של מתקן ענק - מאיץ ההדרון הגדול ב-2008, שבמבנהו טבעת באורך 27 קילומטרים. מאמינים שהניסויים שבוצעו בו הם שיעזרו להבין כיצד נוצר עולמנו, והמבנה העמוק שלו.
השקה של מאיץ ההדרונים הגדול
הניסיון הראשון להפעיל את המתנגש הזה נעשה בספטמבר 2008. ה-10 בספטמבר נחשב ליום ההשקה הרשמי שלו. אולם לאחר סדרת בדיקות מוצלחות אירעה תאונה - לאחר 9 ימים היא נכשלה, ולכן היא נאלצה להיסגר לצורך תיקונים.
בדיקות חדשות החלו רק ב-2009, אך עד 2014, המתקן פעל באנרגיה נמוכה במיוחד כדי למנוע תקלות נוספות. בתקופה זו התגלה בוזון היגס, מה שגרם לזינוק בקהילה המדעית.
כרגע, כמעט כל המחקר מתבצע בתחום היונים הכבדים והגרעינים הקלים, ולאחר מכן ה-LHC ייסגר שוב למודרניזציה עד 2021. מאמינים כי הוא יוכל לעבוד עד 2034 לערך, ולאחר מכן מחקר נוסף ידרוש יצירת מאיצים חדשים.
הציור של היום
כרגע, מגבלת התכנון של המאיצים הגיעה לשיאה, כך שהאפשרות היחידה היא ליצור מאיץ פרוטונים ליניארי דומה לאלו המשמשים כיום ברפואה, אבל הרבה יותר חזק. CERN ניסתה לשחזר גרסה מיניאטורית של המכשיר, אך לא הייתה התקדמות ניכרת בתחום זה. דגם זה של מתנגש ליניארי מתוכנן להיות מחובר ישירות ל-LHC על מנת לעוררהצפיפות והעוצמה של פרוטונים, אשר יופנו ישירות לתוך המתנגש עצמו.
מסקנה
עם הופעת הפיזיקה הגרעינית, החל עידן הפיתוח של מאיצי חלקיקים. הם עברו שלבים רבים, שכל אחד מהם הביא תגליות רבות. עכשיו אי אפשר למצוא אדם שלא שמע על מאיץ ההדרונים הגדול בחייו. הוא מוזכר בספרים, בסרטים - מנבא שהוא יעזור לחשוף את כל סודות העולם או פשוט לסיים אותו. לא ידוע בוודאות למה יובילו כל ניסויי ה-CERN, אבל בעזרת שימוש במאיצים, מדענים הצליחו לענות על שאלות רבות.
