Co to jest akcelerator cząstek?
Akcelerator cząstek, znany również jako niszczyciel atomów lub zderzacz cząstek, jest urządzeniem, które przyspiesza cząsteczki subatomowe do dużych prędkości i utrzymuje je w małych, spójnych wiązkach. Akceleratory cząstek mają wiele zastosowań w powszechnym użyciu oraz w eksperymentalnych i teoretycznych badaniach fizyki. Wielki Zderzacz Hadronów, największy akcelerator cząstek, jaki istniał w czasie jego budowy, został zaprojektowany tak, aby zderzać cząstki w nadziei na ich rozbicie i odkrycie teoretycznej cząstki Higgsa-Bosona. Znacznie mniejsze akceleratory występują w postaci lamp elektronopromieniowych w prostych telewizorach.
Lampy katodowe i generatory promieni rentgenowskich, z których codziennie korzysta wiele osób, to przykłady akceleratorów cząstek o niskiej energii. Telewizor z lampą elektronopromieniową ma lampę próżniową zawierającą jeden lub więcej wyrzutni elektronów i środki do odchylania wiązki elektronów. W razie potrzeby wiązka jest odchylana na ekran fluorescencyjny, z którego emitowane są obrazy. Generatory rentgenowskie przyspieszają i zderzają duże ilości promieni rentgenowskich z metalem ciężkim; cokolwiek pomiędzy generatorem a metalem zwiększy wzór promieni rentgenowskich uderzających w metal. Specjaliści medyczni wykorzystują to do diagnozowania problemów w ludzkim ciele.
Akceleratory cząstek o większej mocy, takie jak te zdolne do wyzwalania reakcji jądrowych, są na ogół wykorzystywane do celów naukowych. Akcelerator cząstek stosowany w eksperymentach fizycznych zwykle przyspiesza strumienie cząstek subatomowych w przeciwnych kierunkach przy prędkościach zbliżonych do prędkości światła. Następnie manipulują i zderzają te wiązki; cząsteczki tworzące wiązki rozbijają się i rozpadają. Fizycy używają specjalnych detektorów do analizy rozbitych cząstek, szukając jeszcze mniejszych cząstek. Każda nowa cząstka odkryta przez fizyków zapewnia świat wglądu w naturę i skład całej materii.
Wiele eksperymentalnych zderzaczy cząstek, szczególnie Wielki Zderzacz Hadronów, wzbudził obawy niektórych fizyków o ryzyku stwarzanym przez takie urządzenia nie tylko dla zaangażowanych naukowców, ale dla całej Ziemi. Niektóre teorie matematyczne pokazują, że akcelerator cząstek o dużej mocy może powodować powstawanie miniaturowych czarnych dziur. Większość fizyków zgadza się jednak, że te mikro czarne dziury, jeśli zostaną wytworzone, nie będą stanowić żadnego zagrożenia lub nie będą go wcale, ponieważ albo rozproszą się w nieszkodliwe promieniowanie Hawkinga, albo będą rosły zbyt wolno, aby stanowić jakiekolwiek uzasadnione niebezpieczeństwo.
Akcelerator cząstek może wydawać się niektórym prymitywnym narzędziem, przypominającym jaskiniowców zbijających kamienie, aby dowiedzieć się, co istnieje w środku. Wiedza naukowa uzyskana z takich urządzeń jest jednak ogromna i prawdopodobnie pozostanie, gdy akceleratory cząstek staną się coraz potężniejsze. Na przykład elektron został odkryty za pomocą lampy elektronopromieniowej. Niektórzy twierdzą, że cząstka Higgsa-Bosona, jeśli zostanie odkryta, może zapewnić klucz do znacznie lepszego zrozumienia świata fizycznego jako całości.