Hvor får de partiklerne til acceleratorer?

Når fysikere vil have partikler til deres acceleratorer, de surfer på et websted kaldet OK Quark, hvor de besvarer en række spørgsmål om, hvad de leder efter. Kunne du tænke dig en partikel med en positiv personlighed, eller en med en mere neutral energi om det? Den slags.

Derefter tager fysikeren partiklen ud for at drikke (ingen ønsker at sidde fast med en dud -partikel til en hel middag). Hvis alt går godt, fysikeren spørger partiklen, om den er interesseret i en accelerationsproces. Og sådan blev Higgs -bosonen lavet!

Hvis bare. I modsætning til deres fætter-i-videnskab biologerne (der kan gennemse alle ordrer af gnavere, rundorm og lignende på websteder for let bulk shopping), fysikere skal selv oprette deres testpersoner. Det viser sig, at det ikke er så let at få fat i en partikel til højhastighedskollisioner som bare at tage hænder og blæse nogle subatomære partikler ind i Large Hadron Collider som så mange usynlige snefnug.

Inden vi går ind i det, vi rent faktisk putter i en partikelaccelerator, måske er det klogt at give lidt baggrund om, hvad pokker vi agter at gøre med vores partikler, når vi har dem. Hvad er acceleratorer, og hvorfor kan vi ikke smide noget lidt mere væsentligt ind end en partikel, alligevel?

Den mest kendte partikelaccelerator er sandsynligvis Large Hadron Collider, en 27 kilometer (27 kilometer) cirkulær behemoth dybt under jorden. Beliggende i Schweiz, LHC drives af European Organization for Nuclear Research, eller CERN. (Tro os - akronymet gav mening for den originale franske titel.) LHC blev Big Accelerator On Campus i 2012, da partikelkollisioner ved CERN afslørede tegn på den undvigende Higgs -boson. Opdagelsen af ​​Higgs tillod fysikere mere sikkert at bekræfte eksistensen af ​​Higgs -feltet, som gav os nogle svar om, hvordan stof i universet opnåede masse.

Men hvis LHC er acceleratorverdenens Beyoncé, der er også en del studieafspillere, der med glæde tilslutter. Der er faktisk omkring 30, 000 andre acceleratorer, der nynner rundt om i verden, og det er de arbejdende Joes, der skal takke for alle mulige praktiske opfindelser [kilde:Dotson]. Overvej bleen.

Det er rigtigt, en af ​​forældrenes venner er engangsbleen. Forskere, der ønskede at studere de superabsorberende polymerer, der blev brugt i engangsartikler, havde problemer med at studere dem våde, så-ta-da! -de satte dem gennem røntgenmikroskopi (som bruger partikelacceleration) [kilde:Clements]. At kunne identificere og studere strukturen af ​​disse molekylære kæder fik dem til at pille ved formlen og holde vores moderne bleer lige så tørre som forklaringen på selve partikelacceleration.

Acceleratorer finder også vej til medicinske miljøer, som kræftbehandling. Lineære acceleratorer (hvor partikler kolliderer med et mål efter at have kørt en lige linje) sender elektroner til at kollidere med et metaldel, hvilket resulterer i præcis, højenergirøntgenstråler, der bestråler tumorer [kilde:RadiologyInfo.org]. Så nu hvor vi ved lidt om, hvad acceleratorer bruges til, lad os tale om, hvad vi fodrer dem med.

Som vi sagde før, forskere på en facilitet som CERN er (ha!) ansvaret for selv at producere partiklerne - hvilket føles lidt som at bede en revisor om at bygge en lommeregner for at fuldføre en kundes skatter. Men partikelfysikere er en race fra hinanden; det er ikke noget besvær for dem. Det eneste de skal gøre er at starte med brint, strippe elektroner ved hjælp af en duoplasmatron, og ender med protoner. Uanset hvad. Ingen biggie.

Og her finder vi ud af, at den enkleste del af partikelacceleration - at få darn -partiklerne - stadig fremstår vanvittigt skræmmende for alle, der ikke får et feriekort fra Stephen Hawking. Men det er virkelig ikke så skræmmende, som det lyder. For en, hydrogenet er bare en gas, der føres ind i partikelacceleratorens første trin - the duoplasmatron . Det kan virke som noget ud af "Mystery Science Theatre 3000", men en duoplasmatron er ret ligetil. Hydrogenatomer har en elektron og en proton; inde i duoplasmatronen, hydrogenatomerne fjernes fra deres elektroner ved hjælp af et elektrisk felt [kilde:CERN]. Det, der er tilbage, er et plasma af protoner, elektroner og molekylioner, der passerer gennem flere ekstraktionsgitre, så kun en protonstråle er tilbage [kilde:O'Luanaigh, CERN].

LHC bruger ikke kun protoner til en dags arbejde. CERN-fysikere har også den sjove opgave at kollidere blyioner sammen for at studere kvark-gluonplasma, hvilket bare er lidt af det, meget tidligt univers svømmede i [kilde:CERN]. Ved at smadre tungmetalioner (guldværker, også), forskere kan danne kvark-gluonplasma for et øjeblik.

Men nu er du alt for sofistikeret til at tro, at blyioner bare optræder magisk i partikelacceleratorer. Så sådan sker det:CERN -fysikeren, der har til opgave at indsamle blyioner, starter faktisk med fast bly, bly-208, en specifik isotop af elementet. Det faste bly opvarmes til en damp - ca. 1472 grader F (800 C) [kilde:O'Luanaigh]. Blydampen bliver derefter zappet af en elektrisk strøm, der ioniserer prøven for at skabe plasma. Den nyoprettede ioner (atomer med en netto elektrisk ladning, der har opnået eller mistet elektroner) piskes derefter ind i en lineær accelerator, der giver dem en smule sprint og får dem til at miste endnu flere elektroner [kilde:Yurkewicz]. Efter at de er akkumuleret og accelereret endnu en gang, blyionerne er klar til den samme road trip som protonerne, og kan lynes gennem Large Hadron Collider uden omsorg i verden.

Så der har du det. Partikler til store partikelacceleratorer købes ikke på det sorte marked, men skabes internt.

Masser mere information

Forfatterens note:Hvor får de partiklerne til partikelacceleratorer?

Måske efterlod denne artikel dig endnu et nagende spørgsmål:Kan noget udover en partikel gå gennem en accelerator? Hvortil forskerne ved Fermi National Accelerator Laboratory sagde, "Selvfølgelig. Hvad med en ilder?"

Ring ikke til PETA endnu. Først, de fremskyndede ikke ilden Felicia nær lysets hastighed. (Ja, hun havde et navn. Kom nu, det er ikke en gård.) I stedet de brugte hende som stuepige. Ildere er kendt for at grave og tumle sig igennem trange rum. Felicia havde en klud af rengøringsopløsning bundet til hendes krave af forskere, der lod hende Swiffer komme igennem de smalle rør før de blev forbundet under konstruktion [kilde:Gustafson]. (De fik til sidst en robot til at rense speederen.)

relaterede artikler

• Kan supersymmetri og multiverset begge være sande samtidigt?
• Hvad ser partikelfysikere, når der sker kollisioner?
• Kan LHC bevise strengteori?
• 5 opdagelser foretaget af den store Hadron Collider (indtil videre)
• Har LHC fundet nogen praktisk anvendelse til Higgs boson?

Kilder

• Clements, Elizabeth. "Accelerator -apps:Bleer." Symmetry Magazine. Maj 2011. (16. juli, 2014) http://www.symmetrymagazine.org/article/may-2011/accelerator-apps-diapers
• Cofiled, Calla. "Dekonstruktion:MR." Symmetry Magazine. (16. juli, 2014) http://www.symmetrymagazine.org/article/december-2008/deconstruction-mri
• Dorney, Brian. "CERN -acceleratorkomplekset." QuantumDiaries.Org. 24. april kl. 2011. (16. juli, 2014) http://www.quantumdiaries.org/2011/04/24/the-cern-accelerator-complex/
• Dotson, Ben. "Sådan fungerer partikelacceleratorer." Det amerikanske energiministerium. 18. juni kl. 2014. (16. juli, 2014) http://energy.gov/articles/how-particle-accelerators-work
• Enbger, Daniel. "Hvad ville der ske, hvis du blev zappet af Large Hadron Collider?" Populær videnskab. 3. oktober kl. 2013. (16. juli, 2014) http://www.popsci.com/science/article/2013-09/fyi-what-would-happen-if-you-got-zapped-large-hadron-collider
• European Organization for Nuclear Research (CERN). "Duoplasmatron." (16. juli, 2014) http://writing-guidelines.web.cern.ch/entries/duoplasmatron
• European Organization for Nuclear Research (CERN). "Tunge ioner og kvark-gluonplasma." (16. juli, 2014) http://home.web.cern.ch/about/physics/heavy-ions-and-quark-gluon-plasma
• European Organization for Nuclear Research (CERN). "LHC. Vejledningen." Februar 2009. (15. juli, 2014) http://cds.cern.ch/record/1165534/files/CERN-Brochure-2009-003-Eng.pdf
• European Organization for Nuclear Research (CERN). "Acceleratorkomplekset." (17. juli, 2014) http://home.web.cern.ch/about/accelerators
• Gustafson, Jo. "'Felicia.'" Aurora Beacon News. 13. september kl. 1971. (16. juli, 2014) http://history.fnal.gov/felicia.html
• Lewis, Tanya. "Utrolig teknologi:Sådan fungerer atomknusere." LiveScience. 12. august kl. 2013. (14. juli, 2014) http://www.livescience.com/38812-how-atom-smashers-work.html
• O'Luanaigh, Cian. "Tung metal." CERN. 4. februar kl. 2013. (16. juli, 2014) http://home.web.cern.ch/about/updates/2013/02/heavy-metal-refilling-lead-source-lhc
• RadiologiInfo.Org. "Lineær accelerator." 7. marts 2013. (16. juli, 2014) http://www.radiologyinfo.org/en/info.cfm?pg=linac
• Scrivens, et al. "Oversigt over status og udvikling på primære ionkilder på CERN." CERN. 14. marts 2011. (16. juli, 2014) http://cds.cern.ch/record/1382102/files/CERN-ATS-2011-172.pdf
• Symmetry Magazine. "Hvordan partikelfysik forbedrer dit liv." 26. marts 2013. (16. juli, 2014) http://www.symmetrymagazine.org/article/march-2013/how-particle-physics-improves-your-life
• Partikeleventyret. "Hvordan eksperimenterer vi med små partikler?" Berkeley Lab. 2014. (16. juli, 2014) http://www.particleadventure.org/get_part.html
• Witman, Sarah. "Ti ting, du måske ikke ved om partikelacceleratorer." Symmetry Magazine. 15. april kl. 2014. (16. juli, 2014) http://www.symmetrymagazine.org/article/april-2014/ten-things-you-might-not-know-about-particle-accelerators
• Yurkewicz, Katie. "Den tynde på LHC's tunge ioner." Symmetry Magazine. 5. november kl. 2010. (16. juli, 2014) http://www.symmetrymagazine.org/breaking/2010/11/05/the-skinny-on-the-lhcs-heavy-ions