Mitu aastat tagasi ennustati, et niipea kui hadronite põrgataja tööle pannakse, tuleb maailmalõpp. Seda Šveitsi CERN-is ehitatud tohutut prootoni- ja ioonikiirendit tunnustatakse õigustatult kui maailma suurimat katserajatist. Selle ehitasid kümned tuhanded teadlased paljudest maailma riikidest. Seda võib tõesti nimetada rahvusvaheliseks institutsiooniks. Kõik algas aga hoopis teiselt tasemelt, ennekõike selleks, et saaks määrata prootoni kiirust kiirendis. Allpool tuleb juttu selliste kiirendite loomise ajaloost ja arenguetappidest.
Algusajalugu
Pärast alfaosakeste olemasolu avastamist ja aatomituumade otsest uurimist hakati nendega katsetama. Algul ei räägitud siin mingitest prootonkiirenditest, kuna tehnoloogia tase oli suhteliselt madal. Kiirenditehnoloogia loomise tõeline ajastu algas alles aastalEelmise sajandi 30. aastad, mil teadlased hakkasid sihikindl alt välja töötama osakeste kiirendusskeeme. Kaks Ühendkuningriigi teadlast konstrueerisid 1932. aastal esimesena spetsiaalse alalispingegeneraatori, mis võimaldas teistel alustada tuumafüüsika ajastut, mis sai praktikas võimalikuks.
Tsüklotroni välimus
Tsüklotroon, nimelt esimese prootonkiirendi nimi, tekkis teadlasele Ernest Lawrence'ile juba 1929. aastal, kuid ta suutis selle välja töötada alles 1931. aastal. Üllataval kombel oli esimene proov piisav alt väike, vaid kümmekond sentimeetrit läbimõõduga ja seetõttu suutis prootoneid vaid veidi kiirendada. Tema kiirendi kogu kontseptsioon oli kasutada mitte elektri-, vaid magnetvälja. Sellises olekus olev prootonkiirend oli suunatud mitte positiivselt laetud osakeste otsesele kiirendamisele, vaid nende trajektoori kõverdamisele sellisesse olekusse, et nad lendasid suletud olekus ringis.
See võimaldas luua kahest õõnsast poolkettast koosneva tsüklotroni, mille sees prootonid pöörlesid. Kõik teised tsüklotronid põhinesid sellel teoorial, kuid selleks, et saada palju rohkem võimsust, muutusid nad üha kohmakamaks. 40ndatel hakkas sellise prootonkiirendi standardsuurus võrduma hoonetega.
Just tsüklotroni leiutamise eest pälvis Lawrence 1939. aastal Nobeli füüsikaauhinna.
Sünkrofasotronid
Kuid teadlased püüdsid prootonikiirendit võimsamaks muuta,Probleemid. Sageli olid need puht alt tehnilised, kuna nõuded saadud keskkonnale olid uskumatult kõrged, kuid osaliselt olid need selles, et osakesed lihts alt ei kiirenenud nii, nagu neilt nõuti. Uue läbimurde 1944. aastal tegi Vladimir Veksler, kes mõtles välja autofaasimise põhimõtte. Üllataval kombel tegi sama aasta hiljem ka Ameerika teadlane Edwin Macmillan. Nad tegid ettepaneku reguleerida elektrivälja nii, et see mõjutaks osakesi ise, vajadusel neid reguleerides või vastupidi aeglustades. See võimaldas hoida osakeste liikumist ühe kimbu, mitte uduse massina. Selliseid kiirendeid nimetatakse sünkrofasotroniks.
Collider
Selleks, et kiirendi kiirendaks prootoneid kineetiliseks energiaks, hakati nõudma veelgi võimsamaid struktuure. Nii sündisid põrkajad, mis töötasid kasutades kahte vastassuundades pöörlevat osakeste kiirt. Ja kuna need olid asetatud üksteise poole, põrkuvad osakesed kokku. Idee sündis esmakordselt 1943. aastal füüsik Rolf Wideröe poolt, kuid seda õnnestus välja töötada alles 60ndatel, kui ilmusid uued tehnoloogiad, mis seda protsessi läbi viiksid. See võimaldas suurendada kokkupõrke tagajärjel tekkivate uute osakeste arvu.
Kõik järgnevate aastate arengud viisid 2008. aastal otse tohutu rajatise – suure hadronipõrguti – ehitamiseni, mis oma struktuurilt on 27 kilomeetri pikkune ring. Arvatakse, etselles tehtud katsed aitavad mõista, kuidas meie maailm kujunes ja selle süvastruktuuri.
Suure hadronite põrgataja käivitamine
Esimene katse seda põrkerit tööle panna tehti 2008. aasta septembris. 10. septembrit peetakse selle ametliku käivitamise päevaks. Pärast mitmeid edukaid katseid juhtus aga õnnetus – 9 päeva pärast see ebaõnnestus ja seetõttu oli see sunnitud remondiks sulgema.
Uued katsetused algasid alles 2009. aastal, kuid kuni 2014. aastani töötas rajatis äärmiselt madala energiatarbega, et vältida edasisi rikkeid. Just sel ajal avastati Higgsi boson, mis põhjustas teadlaskonna tõusu.
Hetkel tehakse peaaegu kõiki uuringuid raskete ioonide ja kergete tuumade valdkonnas, misjärel suletakse LHC taas moderniseerimiseks kuni 2021. aastani. Arvatakse, et see suudab töötada ligikaudu 2034. aastani, pärast mida on edasiste uuringute jaoks vaja luua uusi kiirendeid.
Tänane maal
Hetkel on kiirendite projekteerimispiir saavutanud haripunkti, seega on ainuke võimalus luua praegu meditsiinis kasutatavatele, kuid palju võimsam lineaarne prootonkiirend. CERN üritas seadmest miniatuurset versiooni uuesti luua, kuid selles osas ei toimunud märgatavat edu. See lineaarse põrkeseadme mudel on kavas provotseerimiseks otse ühendada LHC-gaprootonite tihedus ja intensiivsus, mis seejärel suunatakse otse põrkesse endasse.
Järeldus
Tuumafüüsika tulekuga algas osakeste kiirendite väljatöötamise ajastu. Nad on läbinud mitmeid etappe, millest igaüks on toonud kaasa arvuk alt avastusi. Nüüd on võimatu leida inimest, kes pole kunagi elus kuulnud Suurest hadronite põrgatajast. Teda mainitakse raamatutes, filmides - ennustades, et ta aitab paljastada kõik maailma saladused või lihts alt selle lõpetada. Pole täpselt teada, milleni kõik CERNi katsed viivad, kuid kiirendite kasutamisega suutsid teadlased vastata paljudele küsimustele.
