Před několika lety se předpovídalo, že jakmile bude Hadron Collider uveden do provozu, přijde konec světa. Tento obrovský protonový a iontový urychlovač, postavený ve švýcarském CERNu, je právem uznáván jako největší experimentální zařízení na světě. Postavily ho desítky tisíc vědců z mnoha zemí světa. Lze ji skutečně nazvat mezinárodní institucí. Vše však začalo na úplně jiné úrovni, především proto, aby bylo možné určit rychlost protonu v urychlovači. O historii vzniku a fázích vývoje takových urychlovačů bude pojednáno níže.
Historie začátku
Poté, co byla objevena přítomnost částic alfa a atomová jádra se začala přímo studovat, lidé na nich začali zkoušet experimentovat. Zpočátku se zde o žádných protonových urychlovačích nemluvilo, protože úroveň technologie byla poměrně nízká. Skutečná éra vytváření technologie urychlovačů začala až v r30. let minulého století, kdy vědci začali cíleně vyvíjet schémata urychlování částic. Dva vědci z Velké Británie jako první navrhli v roce 1932 speciální generátor stejnosměrného napětí, který ostatním umožnil zahájit éru jaderné fyziky, což se stalo možným v praxi.
Vzhled cyklotronu
Cyklotron, tedy název prvního protonového urychlovače, se objevil jako nápad vědce Ernesta Lawrence již v roce 1929, ale podařilo se mu jej zkonstruovat až v roce 1931. Překvapivě byl první vzorek dostatečně malý, jen asi tucet centimetrů v průměru, a proto mohl protony urychlovat jen mírně. Celá koncepce jeho urychlovače spočívala ve využití nikoli elektrického, ale magnetického pole. Protonový urychlovač v takovém stavu neměl za cíl přímo urychlovat kladně nabité částice, ale zakřivit jejich trajektorii do takového stavu, aby létaly v kruhu v uzavřeném stavu.
To umožnilo vytvořit cyklotron, který se skládá ze dvou dutých polovičních disků, uvnitř kterých rotují protony. Všechny ostatní cyklotrony byly založeny na této teorii, ale aby získaly mnohem větší výkon, staly se stále více nemotornými. Ve 40. letech se standardní velikost takového protonového urychlovače začala rovnat budovám.
Právě za vynález cyklotronu byla Lawrenceovi v roce 1939 udělena Nobelova cena za fyziku.
Synchrophasotrons
Jakmile se však vědci snažili udělat protonový urychlovač silnější,Problémy. Často byly čistě technické, protože požadavky na výsledné médium byly neuvěřitelně vysoké, ale částečně spočívaly v tom, že částice prostě nezrychlovaly, jak se od nich požadovalo. Nový průlom v roce 1944 učinil Vladimír Veksler, který přišel s principem autophasingu. O rok později to překvapivě udělal i americký vědec Edwin Macmillan. Navrhli upravit elektrické pole tak, aby ovlivňovalo samotné částice, v případě potřeby je upravovalo nebo naopak zpomalovalo. To umožnilo udržet pohyb částic ve formě jediného shluku a nikoli rozmazané hmoty. Takové urychlovače se nazývají synchrofasotron.
Collider
Aby urychlovač urychlil protony na kinetickou energii, začaly být potřeba ještě výkonnější struktury. Tak se zrodily srážeče, které fungovaly pomocí dvou paprsků částic, které by se otáčely v opačných směrech. A protože byly umístěny k sobě, částice by se srazily. Myšlenku poprvé zrodil již v roce 1943 fyzik Rolf Wideröe, ale rozvinout ji bylo možné až v 60. letech, kdy se objevily nové technologie, které tento proces mohly uskutečnit. To umožnilo zvýšit počet nových částic, které by se objevily v důsledku srážky.
Veškerý vývoj v průběhu následujících let přímo vedl k vybudování obrovského zařízení – Velkého hadronového urychlovače v roce 2008, který je ve své struktuře prstencem dlouhým 27 kilometrů. Věří se, žeprávě experimenty v něm provedené pomohou pochopit, jak vznikl náš svět a jeho hlubokou strukturu.
Spuštění velkého hadronového urychlovače
První pokus o uvedení tohoto urychlovače do provozu byl učiněn v září 2008. 10. září je považováno za den jeho oficiálního spuštění. Po sérii úspěšných testů však došlo k nehodě - po 9 dnech selhal, a proto byl nucen zavřít kvůli opravě.
Nové testy začaly teprve v roce 2009, ale až do roku 2014 fungovalo zařízení s extrémně nízkou spotřebou energie, aby se zabránilo dalším poruchám. Právě v té době byl objeven Higgsův boson, což způsobilo prudký nárůst ve vědecké komunitě.
V současné době probíhají téměř všechny výzkumy v oblasti těžkých iontů a lehkých jader, po kterých bude LHC do roku 2021 opět uzavřen kvůli modernizaci. Předpokládá se, že bude schopen fungovat přibližně do roku 2034, poté bude další výzkum vyžadovat vytvoření nových urychlovačů.
Dnešní malba
V tuto chvíli konstrukční limit urychlovačů dosáhl svého vrcholu, takže jedinou možností je vytvořit lineární protonový urychlovač podobný těm, které se v současnosti používají v medicíně, ale mnohem výkonnější. CERN se pokusil znovu vytvořit miniaturní verzi zařízení, ale v této oblasti nedošlo k žádnému znatelnému pokroku. Tento model lineárního urychlovače se plánuje přímo napojit na LHC za účelem provokacehustotu a intenzitu protonů, které pak budou nasměrovány přímo do samotného urychlovače.
Závěr
S příchodem jaderné fyziky začala éra vývoje urychlovačů částic. Prošly četnými etapami, z nichž každá přinesla četné objevy. Nyní je nemožné najít člověka, který nikdy v životě neslyšel o velkém hadronovém urychlovači. Je zmíněn v knihách, filmech - předpovídá, že pomůže odhalit všechna tajemství světa nebo jej jednoduše ukončí. Není jisté, k čemu všechny experimenty v CERNu povedou, ale s použitím urychlovačů byli vědci schopni odpovědět na mnoho otázek.
