Մի քանի տարի առաջ կանխատեսվում էր, որ հենց հադրոնային կոլայդերը գործարկվի, աշխարհի վերջը կգա։ Այս հսկայական պրոտոնների և իոնների արագացուցիչը, որը կառուցվել է շվեյցարական CERN-ում, իրավամբ ճանաչվում է որպես աշխարհի ամենամեծ փորձարարական հաստատությունը: Այն կառուցվել է աշխարհի բազմաթիվ երկրների տասնյակ հազարավոր գիտնականների կողմից։ Այն իսկապես կարելի է անվանել միջազգային ինստիտուտ։ Սակայն ամեն ինչ սկսվեց բոլորովին այլ մակարդակից, առաջին հերթին, որպեսզի կարողանանք որոշել արագացուցիչի պրոտոնի արագությունը։ Խոսքը նման արագացուցիչների ստեղծման պատմության և զարգացման փուլերի մասին է, որոնք կքննարկվեն ստորև։
Սկիզբ պատմություն
Այն բանից հետո, երբ հայտնաբերվեց ալֆա մասնիկների առկայությունը և սկսեցին ուղղակիորեն ուսումնասիրել ատոմային միջուկները, մարդիկ սկսեցին փորձարկել դրանց վրա: Սկզբում այստեղ պրոտոնային արագացուցիչների մասին խոսք չկար, քանի որ տեխնոլոգիայի մակարդակը համեմատաբար ցածր էր։ Արագացուցիչների տեխնոլոգիայի ստեղծման իսկական դարաշրջանը սկսվել է միայն մԱնցյալ դարի 30-ական թվականներին, երբ գիտնականները սկսեցին նպատակաուղղված մշակել մասնիկների արագացման սխեմաներ։ Երկու գիտնական Մեծ Բրիտանիայից առաջինն էին, որ նախագծեցին հատուկ հաստատուն լարման գեներատոր 1932 թվականին, որը թույլ տվեց մյուսներին սկսել միջուկային ֆիզիկայի դարաշրջանը, ինչը հնարավոր դարձավ գործնականում:
Ցիկլոտրոնի տեսքը
Ցիկլոտրոնը, մասնավորապես առաջին պրոտոնային արագացուցիչի անվանումը, որպես գաղափար առաջացել է գիտնական Էռնեստ Լոուրենսի մոտ դեռ 1929 թվականին, բայց նա կարողացավ այն նախագծել միայն 1931 թվականին։ Զարմանալիորեն, առաջին նմուշը բավական փոքր էր, ընդամենը մոտ մեկ տասնյակ սանտիմետր տրամագծով, և, հետևաբար, կարող էր միայն մի փոքր արագացնել պրոտոնները: Նրա արագացուցիչի ամբողջ գաղափարը ոչ թե էլեկտրական, այլ մագնիսական դաշտ օգտագործելն էր։ Նման վիճակում գտնվող պրոտոնային արագացուցիչը նպատակ ուներ ոչ թե ուղղակիորեն արագացնել դրական լիցքավորված մասնիկները, այլ նրանց հետագիծը կորցնել այնպիսի վիճակի, որ նրանք շրջանով թռչեին փակ վիճակում։
Ահա թե ինչն է թույլ տվել ստեղծել ցիկլոտրոն, որը բաղկացած է երկու խոռոչ կիսասկավառակներից, որոնց ներսում պրոտոնները պտտվում են: Բոլոր մյուս ցիկլոտրոնները հիմնված էին այս տեսության վրա, բայց շատ ավելի մեծ ուժ ստանալու համար նրանք դառնում էին ավելի ու ավելի անգործունակ: 40-ականներին նման պրոտոնային արագացուցիչի ստանդարտ չափերը սկսեցին հավասարվել շենքերին։
Հենց ցիկլոտրոնի գյուտի համար է, որ Լոուրենսը 1939 թվականին արժանացել է ֆիզիկայի Նոբելյան մրցանակի։
Սինխրոֆազոտրոններ
Սակայն, քանի որ գիտնականները փորձում էին պրոտոնային արագացուցիչն ավելի հզոր դարձնել,Խնդիրներ. Հաճախ դրանք զուտ տեխնիկական էին, քանի որ ստացված միջավայրի պահանջները աներևակայելի բարձր էին, բայց մասամբ դրանք պայմանավորված էին նրանով, որ մասնիկները պարզապես չէին արագանում, ինչպես պահանջվում էր նրանցից: 1944 թվականին նոր առաջընթաց կատարեց Վլադիմիր Վեկսլերը, ով հանդես եկավ ավտոֆազավորման սկզբունքով։ Զարմանալիորեն, մեկ տարի անց նույնն արեց ամերիկացի գիտնական Էդվին Մակմիլանը։ Նրանք առաջարկել են կարգավորել էլեկտրական դաշտն այնպես, որ այն ազդի հենց մասնիկների վրա, անհրաժեշտության դեպքում՝ կարգավորելով դրանք կամ հակառակը՝ դանդաղեցնելով դրանք։ Սա հնարավորություն տվեց պահպանել մասնիկների շարժումը մեկ փունջի տեսքով, այլ ոչ թե լղոզված զանգվածի։ Նման արագացուցիչները կոչվում են սինխրոֆազոտրոն:
Collider
Որպեսզի արագացուցիչը արագացնի պրոտոնները դեպի կինետիկ էներգիա, սկսեցին պահանջվել նույնիսկ ավելի հզոր կառուցվածքներ: Այսպես են ծնվել բախողները, որոնք աշխատել են մասնիկների երկու ճառագայթների միջոցով, որոնք պտտվում են հակառակ ուղղություններով: Եվ քանի որ դրանք դրված էին միմյանց նկատմամբ, մասնիկները կբախվեին։ Գաղափարն առաջին անգամ ծնվել է դեռևս 1943 թվականին ֆիզիկոս Ռոլֆ Վիդերոյի կողմից, սակայն այն հնարավոր չէր զարգացնել մինչև 60-ականները, երբ հայտնվեցին նոր տեխնոլոգիաներ, որոնք կարող էին իրականացնել այս գործընթացը։ Սա հնարավորություն տվեց ավելացնել նոր մասնիկների թիվը, որոնք կհայտնվեին բախման արդյունքում։
Հաջորդ տարիների բոլոր զարգացումները ուղղակիորեն հանգեցրին հսկայական օբյեկտի կառուցմանը` 2008 թվականին Մեծ հադրոնային կոլայդերին, որն իր կառուցվածքով 27 կիլոմետր երկարությամբ օղակ է: Ենթադրվում է, որՀենց դրանում իրականացված փորձերը կօգնեն հասկանալ, թե ինչպես է ձևավորվել մեր աշխարհը և նրա խորը կառուցվածքը։
Մեծ հադրոնային կոլայդերի գործարկում
Այս կոլայդերը շահագործման հանձնելու առաջին փորձը կատարվել է 2008 թվականի սեպտեմբերին։ Սեպտեմբերի 10-ը համարվում է դրա պաշտոնական մեկնարկի օր։ Այնուամենայնիվ, մի շարք հաջող փորձարկումներից հետո տեղի ունեցավ վթար. 9 օր հետո այն ձախողվեց, և, հետևաբար, այն ստիպված փակվեց վերանորոգման համար:
Նոր փորձարկումները սկսվել են միայն 2009 թվականին, բայց մինչև 2014 թվականը հաստատությունը գործում էր ծայրահեղ ցածր էներգիայով՝ հետագա վթարները կանխելու համար: Հենց այդ ժամանակ էլ հայտնաբերվեց Հիգսի բոզոնը, որը մեծ աճ առաջացրեց գիտական հանրության շրջանում:
Այս պահին գրեթե բոլոր հետազոտություններն իրականացվում են ծանր իոնների և թեթև միջուկների ոլորտում, որից հետո LHC-ն կրկին կփակվի արդիականացման համար մինչև 2021 թվականը։ Ենթադրվում է, որ այն կկարողանա աշխատել մոտավորապես մինչև 2034 թվականը, որից հետո հետագա հետազոտությունները կպահանջեն նոր արագացուցիչների ստեղծում։
Այսօրվա նկարչությունը
Այս պահին արագացուցիչների նախագծային սահմանաչափը հասել է իր գագաթնակետին, ուստի միակ տարբերակը գծային պրոտոնային արագացուցիչի ստեղծումն է, որը նման է ներկայումս բժշկության մեջ օգտագործվողներին, բայց շատ ավելի հզոր: CERN-ը փորձել է վերստեղծել սարքի մանրանկարչական տարբերակը, սակայն այս ոլորտում նկատելի առաջընթաց չի գրանցվել։ Գծային կոլայդերի այս մոդելը նախատեսվում է ուղղակիորեն միացնել LHC-ին՝ սադրելու նպատակովպրոտոնների խտությունն ու ինտենսիվությունը, որոնք այնուհետև կուղղվեն անմիջապես դեպի բուն բախիչը։
Եզրակացություն
Միջուկային ֆիզիկայի գալուստով սկսվեց մասնիկների արագացուցիչների զարգացման դարաշրջանը: Նրանք անցել են բազմաթիվ փուլեր, որոնցից յուրաքանչյուրը բազմաթիվ բացահայտումներ է բերել։ Այժմ անհնար է գտնել մի մարդու, ով իր կյանքում երբեք չի լսել Մեծ հադրոնային կոլայդերի մասին։ Նրա մասին հիշատակում են գրքերում, ֆիլմերում՝ կանխատեսելով, որ նա կօգնի բացահայտել աշխարհի բոլոր գաղտնիքները կամ պարզապես վերջ դնել դրան: Հստակ հայտնի չէ, թե ինչի կհանգեցնեն CERN-ի բոլոր փորձերը, սակայն արագացուցիչների կիրառմամբ գիտնականները կարողացան պատասխանել բազմաթիվ հարցերի։
