Urýchľovače častíc

Časticový urýchľovač je zariadenie, ktoré pomocou elektrického poľa umožňuje elektricky nabitým časticiam pohyb vysokou rýchlosťou. Časticové urýchľovače a detektory sa používajú na skúmanie zloženia hmoty okolo nás, atómov, elementárnych častíc, kvarkov, a pod. Na ich skúmanie v extrémnych podmienkach vytvárajú týmito zariadeniami tieto podmienky umelo, pričom umožňujú tieto častice detailne pozorovať.

Častice urýchlené na väčšie rýchlosti nám umožňujú skúmať zloženie hmoty s väčšou presnosťou, na menších dĺžkach. Na druhej strane je veľkosť zárukou vyššej rýchlosti, a teda ak chceme poznať najdetailnejšiu stavbu týchto častíc, musíme ich rozbiť na čo najmenšie kúsky. To je zároveň dôvod, prečo sa stavajú stále väčšie urýchľovače. Pri nárazoch vo vysokej rýchlosti sa totiž má hmota tendenciu rozbiť na menšie kusy. Platí tu priama úmernosť sily nárazu a počtu a veľkosti vzniknutých pozostatkov.

Lineárny urýchľovač

V lineárnom urýchľovači sa urýchľované častice pohybujú po priamke v trubici, na konci ktorej je terčík. K dispozícií je však len jeden prelet trubicou a tak nie je možné vyvinúť priveľkú rýchlosť. Výhodou však je, že sa pri prelete nespotrebúva príliš veľa energie. Hoci boli v minulosti obľúbené, momentálne sa už viac projektov (okrem jedného) neplánuje.

Výhoda: častice nie je potrebné udržiavať na kruhovej dráhe Nevýhoda: máme k dispozícii iba jeden prelet častice trubicou

Lineárne urýchľovače sú preto populárne na dosahovanie pomerne malých energií, kedy dĺžka potrebnej trubice nie je príliš veľká.

SLAC – urýchľovač Linac

Ďalšou možnosťou, kedy sa nám javí, že hviezdy menia svoju jasnosť, je rotácia. Na hviezdach sa môžu nerovnomerne nachádzať rôzne rozmerné škvrny, či útvary, ktoré môžeme striedavo pozorovať s periódou rotácie. Ako hviezda rotuje, pozorujeme zmenu jej jasnosti.

SLAC (Stanford Linear Accelerator Center)- Svetové urýchľovacie laboratórium. Vedecká organizácia, ktorá vznikla v 50. rokoch minulého storočia. Rôzne túto organizáciu využívajú tisícky vedcov pre objasnenie javov a teórií. Vlastní najväčší lineárny urýchľovač (Linac) na svete, ktorý má dĺžku 3,2 kilometra. Nachádza sa v Kalifornii v USA.

Konečné zostrojenie tohto urýchľovača bolo v roku 1966. Má dĺžku cca 3 kilometre. Náklady na udržiavanie tohto urýchľovača sú vyššie ako milión amerických dolárov ročne, vrátane cien energií. Skladá sa z dvoch hlavných častí : urýchľovača a svetlovodu, ktorý obsahuje laser pre udržiavanie presnosti tohto mechanizmu.

Pomocou tohto urýchľovača vedci skúmajú vlastnosti energie, štruktúru hmoty a antihmoty a javy s tým súvisiace. Práve tu bol uskutočnený výskum, ktorý objasnil, že protón sa skladá z menších častíc - kvarkov. Urýchľovač pracuje na báze elektrického poľa, ktoré produkuje mikrovlnné potrubie, v ktorom je vytvorené vákuum. V tomto elektrickom poli sa vytvára elektrónový lúč, s ktorým sa ďalej pracuje.

Uvažuje sa o výstavbe medzinárodného lineárneho urýchľovača v rokoch 2015-2020 s dĺžkou približne 30 kilometrov, v ktorom by bolo možné dosiahnuť vyššie energie.

Kruhový urýchľovač

V kruhovom urýchľovači sa urýchľované častice pohybujú po kruhovej dráhe. Dá sa tu teda využiť možnosť neobmedzenej dĺžky dráhy, hoci je tu viacero technických komplikácií. Častice sú na dráhe udržiavané pomocou magnetického poľa, na ich urýchľovanie je aj v tomto prípade používané elektrické pole.

Výhody: Veľká rýchlosť častíc; vyžarovanie sa dá znížiť zväčšením polomeru dráhy Nevýhody: častice majú veľké zrýchlenie - odstredivá sila; elektromagnetické žiarenie

V kruhovom urýchľovači sa častice pohybujú po zakrivenej dráhe, čo spôsobuje technické problémy nielen čo sa týka vytvorenia dráhy pohybu. Častice majú obrovské zrýchlenie, ktoré je kolmé na smer trajektórie. Vďaka tomu vzniká elektromagnetické žiarenie.

Energia je dodávaná časticiam v kruhovom urýchľovači prostredníctvom elektrického poľa. Je teda znižovaná vlastným vyžarovaním týchto častíc. Sila vyžarovania sa dá znížiť tým, že sa polomer dráhy zväčší (dostredivá sila je nepriamo úmerná priemeru dráhy). Aby sme teda mohli znížiť toto žiarenie, treba zostrojiť čo najväčší kruhový urýchľovač častíc. Najväčším na svete je momentálne kruhový urýchľovač LHC.

LHC urýchľovač

LHC urýchľovač – nachádza sa na francúzsko-švajčiarskych hraniciach, a patrí CERN-u. Má obvod 26,5 kilometra. Je vybudovaný pod zemou v tuneli v hĺbke 50 - 175 metrov. Nad zemou sa však nachádzajú prístroje, ktoré urýchľovaču umožňujú funkčnosť (ovládacie zariadenia, klimatizácia...). Jeho cena bola vyčíslená na 8 miliárd amerických dolárov.

Bol spustený 10. septembra 2008, avšak dodnes bola jeho činnosť viackrát prerušená pre problémy a nedostatky. LHC má 6 hlavných detektorov umiestnených po dráhe urýchľovača, vďaka ktorým vykonáva rôzne funkcie.

Sú to: ALICE – vytvára podmienky, zhodné s tými, ktoré nastali pri veľkom tresku. Napomáha sledovať vedcom kvarky a ich správanie v hmote. ATLAS – je viacúčelový detektor, váži 7000 ton a skúma fyzikálne javy vo väčšom rozsahu ako ostatné detektory, skúma nepoznané dimenzie a pátra po špeciálnych časticiach. Používa na to viac obrovských magnetov po obvode tunela. CMS – zaoberá sa časticami podobne ako ATLAS, skúma však pomocou jedného obrieho elektromagnetu. LHCb – sa sústreďuje konkrétne na kvark b, rozdiely medzi hmotou a antihmotou, pričom skúma ich zloženie. TOTEM – skúma ostatné javy, ktoré nepokrývajú detektory ATLAS a CMS. LHCf – je detektor, pomocou ktorého sa vedci pokúšajú simulovať kozmické žiarenie.