Enkele jaren geleden werd voorspeld dat zodra de Hadron Collider in gebruik zou worden genomen, het einde van de wereld zou komen. Deze enorme proton- en ionenversneller, gebouwd in het Zwitserse CERN, wordt terecht erkend als de grootste experimentele faciliteit ter wereld. Het werd gebouwd door tienduizenden wetenschappers uit vele landen van de wereld. Het kan met recht een internationale instelling worden genoemd. Alles begon echter op een heel ander niveau, allereerst om de snelheid van het proton in de versneller te kunnen bepalen. Het gaat over de ontstaansgeschiedenis en ontwikkelingsstadia van dergelijke versnellers die hieronder worden besproken.
Begingeschiedenis
Nadat de aanwezigheid van alfadeeltjes was ontdekt en atoomkernen direct werden bestudeerd, begonnen mensen ermee te experimenteren. Aanvankelijk was hier geen sprake van protonversnellers, omdat het technologisch niveau relatief laag was. Het echte tijdperk van de creatie van acceleratortechnologie begon pas inJaren '30 van de vorige eeuw, toen wetenschappers doelbewust deeltjesversnellingsschema's begonnen te ontwikkelen. Twee wetenschappers uit het VK waren de eersten die in 1932 een speciale gelijkspanningsgenerator ontwierpen, waardoor de anderen het tijdperk van de kernfysica konden inluiden, wat in de praktijk mogelijk werd.
Het uiterlijk van de cyclotron
Het cyclotron, namelijk de naam van de eerste protonversneller, verscheen in 1929 als een idee voor de wetenschapper Ernest Lawrence, maar hij kon het pas in 1931 ontwerpen. Verrassend genoeg was het eerste monster klein genoeg, slechts ongeveer tien centimeter in diameter, en kon daarom protonen slechts in geringe mate versnellen. Het hele concept van zijn versneller was om geen elektrisch, maar een magnetisch veld te gebruiken. De protonenversneller in zo'n toestand was niet gericht op het direct versnellen van positief geladen deeltjes, maar op het afbuigen van hun baan tot een zodanige toestand dat ze in een gesloten toestand in een cirkel vlogen.
Dit maakte het mogelijk om een cyclotron te maken, bestaande uit twee holle halve schijven, waarbinnen protonen roteerden. Alle andere cyclotrons waren gebaseerd op deze theorie, maar om veel meer kracht te krijgen, werden ze steeds onhandelbaarder. Tegen de jaren 40 begon de standaardgrootte van zo'n protonenversneller gelijk te zijn aan gebouwen.
Het was voor de uitvinding van het cyclotron dat Lawrence in 1939 de Nobelprijs voor de natuurkunde ontving.
Synchrofasotronen
Terwijl wetenschappers echter probeerden de protonenversneller krachtiger te maken,Problemen. Vaak waren ze puur technisch, omdat de eisen aan het resulterende medium ongelooflijk hoog waren, maar deels waren ze in het feit dat de deeltjes gewoon niet versnelden zoals van hen werd vereist. Een nieuwe doorbraak in 1944 werd gemaakt door Vladimir Veksler, die op de proppen kwam met het principe van autophasing. Verrassend genoeg deed de Amerikaanse wetenschapper Edwin Macmillan een jaar later hetzelfde. Ze stelden voor om het elektrische veld zo aan te passen dat het de deeltjes zelf beïnvloedt, ze zo nodig aan te passen of juist te vertragen. Dit maakte het mogelijk om de beweging van deeltjes in de vorm van een enkele bundel te houden, en niet als een wazige massa. Dergelijke versnellers worden synchrophasotron genoemd.
Collider
Om de versneller de protonen te laten versnellen tot kinetische energie, waren er zelfs nog krachtigere structuren nodig. Dit is hoe botsers werden geboren, die werkten door twee bundels deeltjes te gebruiken die in tegengestelde richtingen zouden draaien. En omdat ze naar elkaar toe werden geplaatst, zouden de deeltjes botsen. Het idee werd voor het eerst geboren in 1943 door de natuurkundige Rolf Wideröe, maar het was niet mogelijk om het te ontwikkelen tot de jaren 60, toen nieuwe technologieën verschenen die dit proces konden uitvoeren. Dit maakte het mogelijk om het aantal nieuwe deeltjes dat zou verschijnen als gevolg van de botsing te vergroten.
Alle ontwikkelingen in de daaropvolgende jaren leidden direct tot de bouw van een enorme faciliteit - de Large Hadron Collider in 2008, die qua structuur een ring van 27 kilometer lang is. Er wordt geloofd dathet zijn de experimenten die erin worden uitgevoerd die zullen helpen begrijpen hoe onze wereld is gevormd en hoe diep de structuur is.
Lancering van de Large Hadron Collider
De eerste poging om deze versneller in gebruik te nemen werd in september 2008 gedaan. 10 september wordt beschouwd als de dag van de officiële lancering. Na een reeks succesvolle tests deed zich echter een ongeluk voor - na 9 dagen mislukte het en daarom moest het worden gesloten voor reparatie.
Nieuwe tests begonnen pas in 2009, maar tot 2014 werkte de faciliteit op extreem lage energie om verdere storingen te voorkomen. Het was in deze tijd dat het Higgs-deeltje werd ontdekt, wat een golf van de wetenschappelijke gemeenschap veroorzaakte.
Momenteel wordt bijna al het onderzoek gedaan op het gebied van zware ionen en lichte kernen waarna de LHC tot 2021 weer gesloten is voor modernisering. Er wordt aangenomen dat het zal kunnen werken tot ongeveer 2034, waarna verder onderzoek de creatie van nieuwe versnellers vereist.
Het schilderij van vandaag
Op dit moment heeft de ontwerplimiet van versnellers zijn hoogtepunt bereikt, dus de enige optie is om een lineaire protonenversneller te maken die vergelijkbaar is met die welke momenteel in de geneeskunde worden gebruikt, maar veel krachtiger. CERN probeerde een miniatuurversie van het apparaat na te maken, maar er was geen merkbare vooruitgang op dit gebied. Dit model van een lineaire versneller is gepland om direct te worden aangesloten op de LHC om te provoceren:de dichtheid en intensiteit van protonen, die dan direct in de versneller zelf worden gericht.
Conclusie
Met de komst van de kernfysica begon het tijdperk van de ontwikkeling van deeltjesversnellers. Ze hebben talloze stadia doorlopen, die elk talloze ontdekkingen hebben opgeleverd. Nu is het onmogelijk om iemand te vinden die nog nooit van de Large Hadron Collider in zijn leven heeft gehoord. Hij wordt genoemd in boeken, films en voorspelt dat hij zal helpen alle geheimen van de wereld te onthullen of er gewoon een einde aan te maken. Het is niet met zekerheid bekend waar alle CERN-experimenten toe zullen leiden, maar met het gebruik van versnellers konden wetenschappers veel vragen beantwoorden.
