De deeltjes moeten ergens vandaan komen voordat ze door hun schreden denderen. Dit schot uit 1941 is eigenlijk van de atoombom van de Notre Dame University, die toen nieuw was. © Bettmann/Corbis

Als natuurkundigen deeltjes willen voor hun versnellers, ze surfen op een website genaamd OK Quark, waar ze een reeks vragen beantwoorden over wat ze zoeken. Wil je een deeltje met een positieve persoonlijkheid, of een met een meer neutrale energie erover? Dat soort dingen.

Dan neemt de natuurkundige het deeltje mee naar een drankje (niemand wil een heel diner met een blindganger opgescheept zitten). Als alles goed gaat, de natuurkundige vraagt ​​het deeltje of het geïnteresseerd is in een proces van versnelling. En zo is het Higgsdeeltje gemaakt!

Als alleen. In tegenstelling tot hun neef-in-wetenschap, kunnen de biologen (die alle orden van knaagdieren, rondwormen en dergelijke op websites om gemakkelijk in bulk te kunnen winkelen), natuurkundigen moeten zelf hun proefpersonen maken. Het blijkt dat het grijpen van een deeltje voor botsingen met hoge snelheid niet zo eenvoudig is als gewoon je handen tot een kom vormen en wat subatomaire deeltjes in de Large Hadron Collider blazen als zoveel onzichtbare sneeuwvlokken.

Voordat we ingaan op wat we eigenlijk in een deeltjesversneller stoppen, misschien is het verstandig om wat achtergrondinformatie te geven over wat we in godsnaam van plan zijn met onze deeltjes te doen als we ze eenmaal hebben. Wat zijn versnellers, en waarom kunnen we er niet iets substantieels in gooien dan een deeltje, hoe dan ook?

De bekendste deeltjesversneller is waarschijnlijk de Large Hadron Collider, een 27 kilometer lange cirkelvormige kolos diep onder de grond. Gevestigd in Zwitserland, de LHC wordt gerund door de Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek, of CERN. (Vertrouw ons - het acroniem was logisch voor de originele Franse titel.) De LHC werd in 2012 de Big Accelerator On Campus. toen deeltjesbotsingen bij CERN het bewijs van het ongrijpbare Higgs-deeltje onthulden. Door de ontdekking van het Higgs-veld konden natuurkundigen met meer vertrouwen het bestaan ​​van het Higgs-veld bevestigen. die ons enkele antwoorden gaf over hoe materie in het universum massa kreeg.

Maar als de LHC de Beyoncé van de acceleratiewereld is, er zijn ook nogal wat studiospelers die zich graag aansluiten. Er zijn er eigenlijk ongeveer 30, 000 andere versnellers zoemen over de hele wereld, en het zijn die werkende Joes die te danken zijn aan allerlei praktische uitvindingen [bron:Dotson]. Denk aan de luier.

Klopt, de vriend van elke gekwelde ouder is de wegwerpluier. Wetenschappers die de superabsorberende polymeren die in disposables worden gebruikt wilden bestuderen, hadden moeite om ze nat, dus - ta-da! - ze zetten ze door röntgenmicroscopie (die deeltjesversnelling gebruikt) [bron:Clements]. Doordat ze de structuur van deze moleculaire ketens konden identificeren en bestuderen, begonnen ze te sleutelen aan de formule en onze moderne luiers zo droog te houden als de verklaring van deeltjesversnelling zelf.

Versnellers vinden ook hun weg naar medische omgevingen, zoals kankerbehandeling. Lineaire versnellers (waarbij deeltjes botsen met een doel nadat ze een rechte lijn hebben afgelegd) sturen elektronen om te botsen met een metalen doel, wat resulteert in nauwkeurige, hoogenergetische röntgenstralen die tumoren bestralen [bron:RadiologyInfo.org]. Dus nu we een beetje weten waarvoor versnellers worden gebruikt, laten we praten over wat we ze voeren.

Zoals we al eerder zeiden, wetenschappers van een faciliteit als CERN zijn belast (ha!) met het zelf produceren van de deeltjes -- dat voelt een beetje alsof je een accountant vraagt ​​om alsjeblieft een rekenmachine te bouwen om de belasting van een klant in te vullen. Maar deeltjesfysici zijn een ras apart; het is voor hen geen probleem. Het enige wat ze hoeven te doen is beginnen met waterstof, strip elektronen met behulp van een duoplasmatron, en eindigen met protonen. Wat dan ook. Geen biggie.

En hier ontdekken we dat het eenvoudigste deel van deeltjesversnelling -- het krijgen van de verdomde deeltjes -- nog steeds waanzinnig intimiderend lijkt voor iedereen die geen kerstkaart krijgt van Stephen Hawking. Maar het is echt niet zo eng als het klinkt. Voor een, de waterstof is slechts een gas dat in de eerste stap van de deeltjesversneller wordt gevoerd -- de duoplasmatron . Het lijkt misschien iets uit "Mystery Science Theater 3000", maar een duoplasmatron is vrij eenvoudig. Waterstofatomen hebben één elektron en één proton; in de duoplasmatron, de waterstofatomen worden ontdaan van hun elektronen met behulp van een elektrisch veld [bron:CERN]. Wat overblijft is een plasma van protonen, elektronen en moleculaire ionen die door meer extractieroosters gaan, zodat er alleen een protonenstraal overblijft [bron:O'Luanaigh, CERN].

De LHC gebruikt protonen niet alleen voor het dagelijkse werk. CERN-natuurkundigen hebben ook de leuke taak om loodionen samen te laten botsen om quark-gluon-plasma te bestuderen, dat is maar een beetje van wat de zeer, heel vroeg universum zwom in [bron:CERN]. Door zware metaalionen (goudwerken, te), wetenschappers kunnen even het quark-gluon plasma vormen.

Maar nu ben je veel te geavanceerd om te geloven dat loodionen op magische wijze verschijnen in deeltjesversnellers. Dus hier is hoe het gebeurt:de CERN-fysicus die is belast met het verzamelen van loodionen, begint eigenlijk met vast lood, lood-208, een specifieke isotoop van het element. Het vaste lood wordt verwarmd tot een damp - ongeveer 1472 graden F (800 C) [bron:O'Luanaigh]. De looddamp wordt vervolgens afgezogen door een elektrische stroom die het monster ioniseert om plasma te creëren. De nieuw gecreëerde ionen (atomen met een netto elektrische lading die elektronen hebben gewonnen of verloren) worden vervolgens in een lineaire versneller gebracht die hen een beetje sprint geeft en ervoor zorgt dat ze nog meer elektronen verliezen [bron:Yurkewicz]. Nadat ze weer zijn verzameld en versneld, de loodionen zijn klaar voor dezelfde roadtrip als de protonen, en kan zonder zorgen door de Large Hadron Collider ritsen.

Dus daar heb je het. Deeltjes voor de grote deeltjesversnellers worden niet op de zwarte markt gekocht, maar in eigen huis gemaakt.

Veel meer informatie

Notitie van de Auteur:Waar halen ze de deeltjes voor deeltjesversnellers vandaan?

Misschien heeft dit artikel je met nog een knagende vraag achtergelaten:kan iets anders dan een deeltje door een versneller gaan? Waarop de wetenschappers van Fermi National Accelerator Laboratory zeiden:'Natuurlijk. Wat dacht je van een fret?'

Bel PETA nog niet. Ten eerste, ze versnelden Felicia de fret niet met de snelheid van het licht. (Ja, ze had een naam. Kom op, het is geen boerderij.) In plaats daarvan, ze gebruikten haar als dienstmeisje. Fretten staan ​​erom bekend dat ze graven en zich een weg banen door krappe ruimtes. Felicia had een doek met schoonmaakmiddel aan haar halsband gebonden door wetenschappers, die haar door de smalle pijpen liet swifferen voordat ze tijdens de bouw met elkaar werden verbonden [bron:Gustafson]. (Ze kregen uiteindelijk een robot om het gaspedaal schoon te maken.)

gerelateerde artikelen

• Kunnen supersymmetrie en het multiversum beide tegelijkertijd waar zijn?
• Wat zien deeltjesfysici als er botsingen plaatsvinden?
• Kan de LHC de snaartheorie bewijzen?
• 5 ontdekkingen gemaakt door de Large Hadron Collider (tot nu toe)
• Heeft de LHC praktische toepassingen gevonden voor het Higgs-deeltje?

bronnen

• Clemens, Elisabeth. "Accelerator-apps:luiers." Symmetrie tijdschrift. mei 2011. (16 juli, 2014) http://www.symmetrymagazine.org/article/may-2011/accelerator-apps-diapers
• gearchiveerd, Calla. "Deconstructie:MRI." Symmetrie tijdschrift. (16 juli, 2014) http://www.symmetrymagazine.org/article/december-2008/deconstruction-mri
• Dorney, Brian. "Het CERN-versnellercomplex." QuantumDiaries.Org. 24 april 2011. (16 juli, 2014) http://www.quantumdiaries.org/2011/04/24/the-cern-accelerator-complex/
• Dotson, Ben. "Hoe deeltjesversnellers werken." Ministerie van Energie van de Verenigde Staten. 18 juni 2014. (16 juli, 2014) http://energy.gov/articles/how-particle-accelerators-work
• Enbger, Daniël. 'Wat zou er gebeuren als je zou worden gezapt door de Large Hadron Collider?' Populaire wetenschap. 3 oktober 2013. (16 juli, 2014) http://www.popsci.com/science/article/2013-09/fyi-what-would-happen-if-you-got-zapped-large-hadron-collider
• Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek (CERN). "Duoplasmatron." (16 juli, 2014) http://writing-guidelines.web.cern.ch/entries/duoplasmatron
• Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek (CERN). "Zware ionen en quark-gluon plasma." (16 juli, 2014) http://home.web.cern.ch/about/physics/heavy-ions-and-quark-gluon-plasma
• Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek (CERN). "LHC. De Gids." februari 2009. (15 juli, 2014) http://cds.cern.ch/record/1165534/files/CERN-Brochure-2009-003-Eng.pdf
• Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek (CERN). "Het versnellercomplex." (17 juli, 2014) http://home.web.cern.ch/about/accelerators
• Gustafson, joh. "'Felicia.'" Het Aurora Beacon-nieuws. 13 sept. 1971. (16 juli, 2014) http://history.fnal.gov/felicia.html
• Lewis, Tanja. "Ongelooflijke technologie:hoe atoomvernietigers werken." Wetenschap. 12 aug. 2013. (14 juli, 2014) http://www.livescience.com/38812-how-atom-smashers-work.html
• O'Luanaigh, Cian. "Zwaar metaal." CERN. 4 februari 2013. (16 juli, 2014) http://home.web.cern.ch/about/updates/2013/02/heavy-metal-refilling-lead-source-lhc
• RadiologieInfo.Org. "Lineaire versneller." 7 maart 2013. (16 juli, 2014) http://www.radiologyinfo.org/en/info.cfm?pg=linac
• Schrijvers, et al. "Overzicht van de status en ontwikkeling van primaire ionenbronnen bij CERN." CERN. 14 maart, 2011. (16 juli, 2014) http://cds.cern.ch/record/1382102/files/CERN-ATS-2011-172.pdf
• Symmetrie tijdschrift. "Hoe deeltjesfysica je leven verbetert." 26 maart 2013. (16 juli, 2014) http://www.symmetrymagazine.org/article/march-2013/how-particle-physics-improves-your-life
• Het deeltjesavontuur. "Hoe experimenteren we met kleine deeltjes?" Het Berkeley-lab. 2014. (16 juli, 2014) http://www.particleadventure.org/get_part.html
• Witman, Sara. "Tien dingen die je misschien niet weet over deeltjesversnellers." Symmetrie tijdschrift. 15 april, 2014. (16 juli, 2014) http://www.symmetrymagazine.org/article/april-2014/ten-things-you-might-not-know-about-particle-accelerators
• Yurkewicz, Katie. "De magere op de zware ionen van de LHC." Symmetrie tijdschrift. 5 november 2010. (16 juli, 2014) http://www.symmetrymagazine.org/breaking/2010/11/05/the-skinny-on-the-lhcs-heavy-ions