3 ο Λύκειο Γαλατςύου Σχ.Έτοσ 2011-2012 Επιταχυντϋσ Σωματιδύων Συντονιςτϋσ - Υπεύθυνοι Καθηγητϋσ: Μαραγκουδϊκησ Ε. & Φαρϊκου Γ.
Επιταχυντήσ ςωματιδίων Eπιταχυντόσ ςωματιδύων ονομϊζεται μια ειδικό μηχανικό διϊταξη που μπορεύ και επιταχύνει ςωματύδια ςε μεγϊλεσ ταχύτητεσ. Στην πραγματικότητα ο επιταχυντόσ ςωματιδύων επιταχύνει δέςμεσ φορτιςμένων ςωματιδίων π.χ. πρωτονύων και ηλεκτρονύων κατϊ μόκοσ μιασ τροχιϊσ, χρηςιμοποιώντασ ηλεκτρικϊ και μαγνητικϊ πεδύα. Όταν πλϋον οι δϋςμεσ των ςωματιδύων αυτών αναπτύξουν πολύ μεγϊλη ταχύτητα οδηγούνται πϊνω ςε ϊλλα ςωματύδια καλούμενα ςωματύδια ςτόχοι. Συχνϊ δϋςμεσ ςωματιδύων που κινούνται ςε αντύθετεσ κατευθύνςεισ ςυγκρούονται ςτο εςωτερικό του επιταχυντό με ςυνϋπεια να δημιουργούν νϋα ςωματύδια. Ειδικϋσ ανιχνευτικϋσ διατϊξεισ καθώσ και υπολογιςτϋσ μπορούν και καταγρϊφουν τισ τροχιϋσ των ςωματιδύων αυτών καθώσ και τισ εκτροπϋσ και τροχιϋσ των νϋων ςωματιδύων που προκύπτουν μετϊ τισ ςυγκρούςεισ των πρώτων.
Είδη επιταχυντών Υπϊρχουν δύο ειδών επιταχυντϋσ: οι γραμμικού και οι κυκλικού. Οι γραμμικού επιταχυντϋσ επιταχύνουν φορτιςμϋνα ςωμϊτια - ηλεκτρόνια, πρωτόνια ό βϊρια ιόντα - ςε ευθεύα γραμμό. Οι κυκλικού επιταχυντϋσ αναγκϊζουν τα ςωμϊτια να γυρύζουν γύρω-γύρω ςε μια κυκλικό τροχιϊ, δύνοντϊσ τουσ όλο και περιςςότερη ενϋργεια ςε κϊθε περιςτροφό. Υπϊρχουν πολλϊ εύδη κυκλικών επιταχυντών (ςύγχροτρο, κύκλοτρο, ςυγχροκύκλοτρο) και από την αρχό τησ δεκαετύασ του '30 ϋπαιξαν βαςικό ρόλο ςτη φυςικό υψηλών ενεργειών από τισ χαμηλότερεσ, ωσ τισ υψηλότερεσ ενϋργειεσ.
ΟΙ ΒΑΙΚΕ ΑΡΧΕ ΕΝΟ ΕΠΙΣΑΧΤΝΣΗ Όλεσ οι δϋςμεσ ςωματιδύων ξεκινϊνε από μια πηγό ςωματιδύων. Η απλούςτερη πηγό εύναι ϋνα θερμαινόμενο ςύρμα, όπωσ το νόμα μϋςα ςε μια λϊμπα. Αυτό εύναι το εύδοσ πηγόσ που χρηςιμοποιούν οι τηλεορϊςεισ. Αρνητικϊ φορτιςμϋνα ηλεκτρόνια βγαύνουν απ' το ςύρμα και επιταχύνονται μϋςα ςτο κενό προσ ϋνα θετικϊ φορτιςμϋνο ηλεκτρόδιο. Ηλεκτρομαγνητικϊ πεδύα μετακινούν τη δϋςμη πϊνω ςτην οθόνη. Τα ςημεύα όπου η δϋςμη χτυπϊει την οθόνη εύναι φωτεινϊ και ϋτςι δημιουργεύται η εικόνα. Ένα παρόμοιο νόμα χρηςιμοποιεύται και ςτουσ γραμμικούσ επιταχυντϋσ. Οι γραμμικού επιταχυντϋσ επιταχύνουν τα ςωματύδια ςε πολύ υψηλότερεσ ενϋργειεσ απ' ότι η τηλεόραςη, αλλϊ η αρχό λειτουργύασ εύναι η ύδια. Στο γραμμικό επιταχυντό, τα ςωματύδια επιταχύνονται από το ϋνα ηλεκτρόδιο ςτο επόμενο, κερδύζοντασ ενϋργεια από το κϊθε ηλεκτρόδιο που περνούν.
TA BAIKA ΣΟΙΧΕΙΑ ΕΝΟ ΕΠΙΣΑΧΤΝΣΗ Σο ςτοιχείο επιτάχυνςησ: η ηλεκτρομαγνητική κοιλότητα Οι κοιλότητεσ διαθϋτουν αποθηκευμϋνη ηλεκτρικό ενϋργεια, και ϋνα μϋροσ αυτόσ μεταφϋρεται ςτα ςωματύδια κϊθε φορϊ που περνούν μϋςα απ' τισ κοιλότητεσ.
TA BAIKA ΣΟΙΧΕΙΑ ΕΝΟ ΕΠΙΣΑΧΤΝΣΗ Σο ςτοιχείο που καμπυλώνει την τροχιά των ςωματιδίων : ο διπολικόσ μαγνήτησ. Χρηςιμοποιούνται για να αναγκϊςουν τα ςωματύδια να κινηθούν ςε κυκλικό τροχιϊ.
TA BAIKA ΣΟΙΧΕΙΑ ΕΝΟ ΕΠΙΣΑΧΤΝΣΗ Σο ςτοιχείο εςτίαςησ: οι τετραπολικοί και επταπολικοί μαγνήτεσ Αυτού οι μαγνότεσ χρηςιμοποιούνται για να κρατόςουν τα ςωματύδια ςε μικρϋσ αποςτϊςεισ μεταξύ τουσ ςτη δϋςμη. Βαςύζονται ςτην ύδια αρχό όπωσ και οι φακού που ςυγκεντρώνουν το φωσ.
TA BAIKA ΣΟΙΧΕΙΑ ΕΝΟ ΕΠΙΣΑΧΤΝΣΗ Η διαδρομή: ένασ ςωλήνασ κενού Στουσ επιταχυντϋσ, για να μην χϊνουν ενϋργεια τα ςωματύδια όταν ςυγκρούονται με μόρια αϋρα, τα αναγκϊζουμε να ταξιδεύςουν μϋςα ς' ϋνα ςωλόνα από τον οπούο βγϊζουμε όλο τον αϋρα με τη βοόθεια των αντλιών κενού.
Ο μεγϊλοσ επιταχυντόσ ςυγκρουόμενων δεςμών αδρονύων LHC, ο οπούοσ καταςκευϊζεται ςτο CERN, εύναι το «εργαλεύο» για την αναζότηςη τησ νϋασ φυςικόσ και του ςωματιδύου Higgs καθώσ και για τη μελϋτη τησ δομόσ τησ ύλησ ςτη μικρότερη κλύμακα που ϋχει επιτευχθεύ μϋχρι ςόμερα. Ο μεγϊλοσ επιταχυντόσ LHC εύναι ςχεδιαςμϋνοσ ϋτςι ώςτε να επιταχύνει ταυτόχρονα δύο δϋςμεσ πρωτονύων ςε ενϋργειεσ 7 TeV η κϊθε μύα, προςφϋροντασ ενϋργεια 14 TeV ςτο κϋντρο μϊζασ, ό δύο δϋςμεσ ιόντων Pb με ενϋργεια 1150 TeV ςτο κϋντρο μϊζασ. Η μϋγιςτη αναμενόμενη φωτεινότητα (luminosity) των δεςμών πρωτονύων θα εύναι τησ τϊξησ των 10 34 cm -2 s -1, ποςότητα που αντιςτοιχεύ ςε περύπου 10 12 αλληλεπιδρϊςεισ κϊθε δευτερόλεπτο, ενώ για τισ δϋςμεσ ιόντων μολύβδου θα φτϊςει τα 10 27 cm -2 s -1. Κατϊ τη διϊρκεια των τριών πρώτων χρόνων λειτουργύασ του LHC, η φωτεινότητα αναμϋνεται να εύναι ςε χαμηλϊ επύπεδα, τησ τϊξησ των 10 32-10 33 cm -2 s -1. Επιπλϋον, ςτισ ςυγκρούςεισ πρωτονύου πρωτονύου, μϋροσ μόνο τησ ςυνολικόσ ενϋργειϊσ τουσ εύναι διαθϋςιμο για παραγωγό νϋων ςωματιδύων. Αυτό οφεύλεται ςτο ότι η ςύγκρουςη γύνεται κατϊ κύριο λόγο μεταξύ των ςυςτατικών των πρωτονύων (quarks και gluons), τα οπούα φϋρουν μϋροσ μόνο τησ ςυνολικόσ ενϋργειασ των πρωτονύων.