επιταχυντής (2 άρθρα)

Σμικρύνοντας τους επιταχυντές σωματιδίων

| 0 ΣΧΟΛΙΑ

Οι επιταχυντές σωματιδίων δημιουργούν δέσμες ηλεκτρονίων, πρωτονίων και ιόντων υψηλής ενέργειας που με τη σειρά τους χρησιμοποιούνται, στην διερεύνηση των υποατομικών συστατικών της φύσης, στην παραγωγή λέιζερ ακτίνων Χ που φιλμογραφούν άτομα και μόρια κατά τη διάρκεια χημικών αντιδράσεων, στις ιατρικές συσκευές για τη θεραπεία του καρκίνου κ.λπ. Εν γένει, οι μεγαλύτεροι σε μέγεθος επιταχυντές είναι και οι ισχυρότεροι. Πρόσφατα, μια ομάδα ερευνητών από το εργαστήριο του επιταχυντού SLAC εφηύρε μια νέα κατασκευή που παρέχει 10 φορές μεγαλύτερη ενέργεια για μια δεδομένη απόσταση, σε σχέση με τους συμβατικούς επιταχυντές. Αυτό θα μπορούσε κάνει τους επιταχυντές που χρησιμοποιούνται σε συγκεκριμένες εφαρμογές κατά 10 φορές μικρότερους.

Οι επιστήμονες του SLAC εφηύραν μια δομή επιταχυντή από χαλκό που θα μπορούσε να κάνει τα μελλοντικά λέιζερ ακτίνων Χ και τους επιταχυντές για ακτινοθεραπεία μικρότερα και ευκολότερα στην χρήση  τους. Τροφοδοτώντας με ακτινοβολία terahertz μια μικροσκοπική κοιλότητα επιταχύνονται σωματίδια σε τεράστιες ενέργειες. Στην φωτογραφία φαίνεται ένα τμήμα της κατασκευής – η κοιλότητα απεικονίζεται σε μεγέθυνση στο ένθετο. Η εικόνα του ένθετου προέκυψε από ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης για ένα τμήμα της κοιλότητας μήκους 3,5 mm και πλάτους 280 μm στο στενότερο σημείο του. (Chris Pearson / Emilio Nanni / SLAC National Accelerator Laboratory)

Η βασική ιδέα πίσω από τη νέα τεχνολογία είναι η χρήση ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας terahertz για την ενίσχυση της ενέργειας των σωματιδίων και περιγράφεται σε πρόσφατο άρθρο στο Applied Physics Letters [Experimental demonstration of externally driven millimeter-wave particle accelerator structure].

Στους σημερινούς επιταχυντές, τα σωματίδια αντλούν ενέργεια από ένα πεδίο ραδιοσυχνοτήτων που τροφοδοτείται σε ειδικά διαμορφωμένες δομές επιταχυντών ή κοιλότητες [Accelerating: Radiofrequency cavities]
Κάθε κοιλότητα μπορεί να προσφέρει μόνο μια περιορισμένη ενεργειακή ώθηση σε μια δεδομένη απόσταση, οπότε απαιτούνται πολύ μακριές σειρές κοιλοτήτων για την παραγωγή δεσμών σωματιδίων υψηλής ενέργειας.

Η ακτινοβολία terahertz και τα ραδιοκύματα είναι και τα δύο ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που διαφέρουν στις αντίστοιχες συχνότητες (ή μήκη κύματος). Επειδή η ακτινοβολία terahertz έχει 10 φορές μικρότερo μήκος κύματος από τα ραδιοκύματα, οι κοιλότητες σε έναν επιταχυντή terahertz μπορεί επίσης να είναι πολύ μικρότερες. Στην παραπάνω εργασία είχε μήκος μόλις μισό εκατοστό. Μάλιστα η ερευνητική ομάδα του SLAC ανέπτυξε και μια πρωτότυπη μέθοδο για την ακριβή επεξεργασία και κατασκευή αυτών των μικροσκοπικών κοιλοτήτων.

Στο άμεσο μέλλον οι ερευνητές σχεδιάζουν να μετατρέψουν την εφεύρεσή τους σε «πυροβόλο» ηλεκτρονίων – μια συσκευή που θα μπορούσε να παράγει πολύ ισχυρές δέσμες ηλεκτρονίων για διάφορα πειράματα που απαιτούν τέτοιες δέσμες, για την κατασκευή νέας γενιάς λέιζερ ακτίνων Χ, αλλά και μικροσκόπια ηλεκτρονίων που θα μας επιτρέψουν να δούμε σε πραγματικό χρόνο πως λειτουργεί η φύση σε ατομικό επίπεδο. Αυτές οι δέσμες θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν και για τη θεραπεία του καρκίνου.

Διαβάστε περισσότερα: «SLAC invention could make particle accelerators 10 times smaller»

Πηγή

Κατηγορίες:
Νέα

Νέος επιταχυντής σωματιδίων στο CERN, έξι φορές πιο ισχυρός από τον LHC!

| 0 ΣΧΟΛΙΑ


Το CERN ενέκρινε την κατασκευή του γιγάντιου επιταχυντή FCC (FUTURE CIRCULAR COLLIDER), μήκους 100 χιλιομέτρων και κόστους 21 δισεκατομμύρια ευρώ.
Το Ευρωπαϊκό Κέντρο Πυρηνικών Ερευνών (CERN) έκανε ένα σημαντικό βήμα για την κατασκευή ενός νέου κυκλικού υπερ-επιταχυντή σωματιδίων μήκους 100 χιλιομέτρων, μετά την κατ’ αρχήν ομόφωνη έγκριση που έδωσε το διεθνές Συμβούλιο του οργανισμού.
Το κόστος του έργου, που θα διαδεχθεί τον σημερινό Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) και για το οποίο ακόμη δεν έχει δοθεί το οριστικό «πράσινο φως», προϋπολογίζεται σε τουλάχιστον 21 δισεκατομμύρια ευρώ, ένα ποσό που δεν έχει ακόμη βρεθεί.

Μετά την αρχική υιοθέτηση του σχεδίου, στο πλαίσιο της έγκρισης ενός ευρύτερου προγράμματος («Επικαιροποίηση της Ευρωπαϊκής Στρατηγικής για τη Σωματιδιακή Φυσική»), το CERN θα μελετήσει περαιτέρω το σχεδιασμό και τη δυνατότητα υλοποίησης του φιλόδοξου έργου, το οποίο -με βάση τον προκαταρκτικό σχεδιασμό- θα αρχίσει να κατασκευάζεται το 2038. Έως τότε το CERN θα λειτουργεί τον σημερινό επιταχυντή σε αναβαθμισμένη έκδοση (High Luminosity LHC), ο οποίος θα έχει ολοκληρωθεί μέσα στην επόμενη δεκαετία.

Το νέο γιγάντιο μηχάνημα – το μεγαλύτερο επιστημονικό πείραμα στον κόσμο- εφόσον όντως υλοποιηθεί, από τα μέσα περίπου του αιώνα μας θα κάνει συγκρούσεις ηλεκτρονίων με σωματίδια της αντιύλης (ποζιτρόνια), αποτελώντας ένα «εργοστάσιο του μποζονίου Χιγκς», καθώς ως πρώτη προτεραιότητα τίθεται η περαιτέρω μελέτη του συγκεκριμένου ζωτικού σωματιδίου. Σε ένα επόμενο στάδιο, ο νέος επιταχυντής, που θα κατασκευαστεί σε ένα υπόγειο τούνελ κοντά στη Γενεύη, όπως και ο τωρινός, θα προκαλεί συγκρούσεις πρωτονίων μεταξύ τους.

Με βάση τα έως τώρα σχέδια, το CERN θα κατασκευάσει αρχικά έναν επιταχυντή ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων και μετά από χρόνια αυτό το μηχάνημα θα αντικατασταθεί από ένα επιταχυντή πρωτονίων-πρωτονίων, που θα φθάσει σε ενέργειες συγκρούσεων της τάξης των 100 τεραηλεκτρονιοβόλτ (TeV), έναντι μόνο 16 TeV που φθάνει ο τωρινός επιταχυντής LHC, ο οποίος κάνει συγκρούσεις πρωτονίων και είναι ο ισχυρότερος στον κόσμο.

Ο νέος υπερ-επιταχυντής θα αναζητήσει νέα υποατομικά σωματίδια ή δυνάμεις στη φύση, φιλοδοξώντας να πάει πέρα από το σημερινό κυρίαρχο πρότυπο (μοντέλο) της σωματιδιακής φυσικής, μεταξύ άλλων με ανακαλύψεις για τη σκοτεινή ύλη. Η τεχνολογία που θα χρειαστεί το νέο μηχάνημα, θα πρέπει να αναπτυχθεί και θα αποτελέσει αντικείμενο μελέτης τις επόμενες δεκαετίες.

Για «μια ιστορική μέρα για το CERN και τη σωματιδιακή φυσική στην Ευρώπη και πέρα από αυτή», έκανε λόγο η γενική διευθύντρια του, Ιταλίδα φυσικός Φαμπιόλα Τζιανότι. Προσέθεσε πως πρόκειται για «μια φιλόδοξη στρατηγική που προδιαγράφει ένα λαμπρό μέλλον για την Ευρώπη και για το CERN μέσα από μια συνετή προσέγγιση βήμα-βήμα».

Πάντως η ανάγκη τόσο μεγάλων κεφαλαίων για τη χρηματοδότηση του έργου είναι πιθανό ότι θα απαιτήσει μη ευρωπαϊκές χώρες (ΗΠΑ, Κίνα, Ιαπωνία κ.ά.) να συμμετάσχουν στο CERN δημιουργώντας ένα νέο διεθνή οργανισμό. Από την άλλη, το Συμβούλιο του CERN, παράλληλα με την υιοθέτηση του νέου κυκλικού υπερ-επιταχυντή, άφησε ανοικτή την πόρτα για τη συμμετοχή της Ευρώπης στον ξεχωριστό Διεθνή Γραμμικό Επιταχυντή που έχει προτείνει η Ιαπωνία.

Οι δυνατότητες του LHC να ανακαλύπτει νέα φυσική πέρα ​​από το Higgs μάλλον εξαντλήθηκαν. Με τον FCC θα πολλαπλασιαστεί η ενέργεια των συγκρούσεων των σωματιδίων. Κι αυτός είναι ο βασιλικότερος δρόμος που οδηγεί στην ανακάλυψη νέων θεμελιωδών φυσικών νόμων, που με την σειρά τους θα οδηγήσουν σε τεχνολογικές εξελίξεις που σήμερα δεν μπορούμε καν να φανταστούμε. Τεχνολογικά επιτεύγματα στα οποία βασίζονται όλες οι επιστήμες, από την ιατρική μέχρι … την κλιματική επιστήμη

Πηγή: ΑΠΕ-ΜΠΕ

Κατηγορίες:
Νέα
web design by