Από τα μέσα του 20ού αιώνα μέχρι σήμερα, οι επιταχυντές σωματιδίων έχουν γίνει μεγαλύτεροι και πιο ισχυροί, επιτυγχάνονοντας όλο και πιο υψηλές ενέργειες. Κάθε νέο βήμα προς τις υψηλότερες ενέργειες, μας οδηγεί προς νέες ανακαλύψεις και ευρήματα, που μερικές φορές μας εκπλήσσουν αποκαλύπτοντας νέα μυστικά της φύσης. Όμως, κάποια στιγμή, θα είναι ασύμφορο να κατασκευάζουμε νέους και ισχυρότερους επιταχυντές. Όταν όμως φτάσουμε στο σημείο αυτό η πειραματική σωματιδιακή φυσική δεν θα τελειώσει. Μάλλον θα επιστρέψει στις ρίζες της. Ας δούμε πώς.
Προς το τέλος του 19ου αιώνα ο Joseph John Thomson πρότεινε την σωματιδιακή φύση των καθοδικών ακτίνων (τα σωματίδια που αργότερα ονομάστηκαν ηλεκτρόνια), κάτι που επιβεβαιώθηκε και από τα πειράματα με καθοδικές ακτίνες του Philipp Lenard. Την ίδια εποχή ο Wilhelm Röntgen διαπίστωνε ότι ο βομβαρδισμός μεταλλικών υλικών με καθοδικές ακτίνες, δημιουργούσε ακτίνες Χ. Και αντιστρόφως: η πρόσπτωση ηλεκτρομαγνητικής ακτιιβοβολίας σε μεταλλικές επιφάνειες προκαλούσε την εκπομπή ηλεκτρονίων, σύμφωνα με την πειραματική υλοποίηση του φωτοηλεκτρικού φαινομένου, κυρίως από τον Philipp Lenard.
Με το σπουδαίο πείραμα των Geiger–Marsden (που επέβλεψε ο Rutherford) το 1909, όπου σωματίδια άλφα από μια ραδιενεργό πηγή ραδίου προσέπιπταν έναν στόχο από χρυσό, αποδείχθηκε ότι το άτομο είναι ως επί το πλείστον κενός χώρος, και ότι σχεδόν όλη μάζα του είναι συγκεντρωμένη στην κεντρική του περιοχή – στον ατομικό πυρήνα.
Οι φυσικοί άρχισαν να συνειδητοποιούν ότι βομβαρδίζοντας την ύλη με άλλα σωματίδια ή ακτινοβολίες, θα μπορουσαν να διερευνήσουν την εσωτερική της δομή. Ο Rutherford θεωρούσε ότι χρειαζόταν μια πηγή σωματιδίων πολλών MeV για να διεισδύσει στα μυστικά του πυρήνα των ατόμων. Όμως το 1928, όταν oι George Gamow (και ανεξάρτητα από αυτόν οι Ronald Gurney και Edward Condon) εξήγησαν το φαινόμενο σήραγγας, φάνηκε ότι μια ενέργεια 500 keV θα μπορούσε να είναι αρκετή για να διασπάσει τον πυρήνα. Αυτό φάνηκε τεχνολογικά εφικτό στον Rutherford και αμέσως ενθάρρυνε τους John Douglas Cockcroft και Ernest Thomas Sinton Walton να αρχίσουν τον σχεδιασμό ενός επιταχυντή σωματιδίων. Και το 1932 ο επιταχυντής Cockcroft & Walton κατάφερε να διασπάσει πυρήνες επιταχύνοντας πρωτόνια μόνο στα 400 keV. Έτσι την δεκαετία του 1930 άρχισαν να πραγματοποιούνται πυρηνικές αντιδράσεις επιταχύνοντας σωματίδια με γραμμικούς επιταχυντές (linear accelerator= linac), αλλά και με το κύκλοτρο που ανακάλυψε ο Ernest Lawrence.
Όμως η έρευνα των σωματιδίων στην δεκαετία του 1930 προχωρούσε και διαμέσου των πειραμάτων με κοσμικές ακτίνες που βομβαρδίζουν την Γη.
Έτσι, ανακαλύφθηκε η ύπαρξη του ποζιτρονίου – το αντίστοιχο σωματίδιο αντιύλης του ηλεκτρονίου:
… αλλά και άλλων σωματιδίων, όπως για παράδειγμα το μιόνιο:
Στη συνέχεια, οι πειραματικοί φυσικοί άρχισαν να κατασκευάζουν μεγαλύτερους και πολυπλοκότερους επιταχυντές σωματιδίων. Οι συγκρούσεις των σωματιδίων γίνονταν σε όλο και μεγαλύτερες ενέργειες, αποκαλύπτοντας μια ολόκληρη ζούγκλα νέων σωματιδίων. Η προέλευση και η ταξινόμηση όλων των σωματιδίων ανακαλύφθηκαν, αλλά και όσων δεν είχαν ανιχνευθεί ακόμα, ολοκληρώθηκε με την διατύπωση της θεωρίας του Καθιερωμένου Προτύπου της σωματιδιακής φυσικής, στα μέσα της δεκαετίας του 1970. Καθώς τα ενεργειακά σύνορα των επιταχυντών επεκτείνονταν, τελικά ανακαλύφθηκαν όλα τα σωματίδια που προβλέπονταν από το Καθιερωμένο Πρότυπο. Ο κατάλογος έκλεισε το 2012, όταν ανιχνεύθηκε το μποζόνιο Higgs στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC).
Πολλοί ελπίζουν στην κατασκευή νέων, πιο ισχυρών επιταχυντών, οι οποίοι θα μπορούσαν να αποκαλύψουν επιπλέον μυστικά της φύσης. Ποιοί θα είναι οι διάδοχοι του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC);
Δεδομένου ότι η πρόταση για τον Πολύ Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (VLHC) μάλλον έμεινε στα χαρτιά, οι διάδοχοι θα μπορούσαν να είναι ο Διεθνής Γραμμικός Επιταχυντής (ILC) στην Ιαπωνία ή ο Κυκλικός Επιταχυντής Ηλεκτρονίων-Ποζιτρονίων (CEPC) στην Κίνα, ή ο Future Circular Collider (FCC) στο CERN. Ίσως κάποια μέρα, να κατασκευάσουμε έναν επιταχυντή γύρω από τη Γη, χιλιάδες φορές ισχυρότερο από τον LHC…
Ούτως ή άλλως, σε κάποια στιγμή θα υπάρξει ένα ενεργειακό όριο στους συγκρουστές που θα μπορούμε να κατασκευάζουμε. Τίθεται λοιπόν το ερώτημα: Θα συνεχιστεί η έρευνα στην πειραματική σωματιδιακή φυσική μετά τον τελευταίο μας υπερ-επιταχυντή; Ή θα φτάσουμε στο τέλος της.
Όπως συνέβη και στην πρώιμη ιστορία της σωματιδιακής φυσικής, οι κοσμικές ακτίνες, μπορούν κατά κάποιο τρόπο να αντικαταστήσουν τους επιταχυντές σωματιδίων. Στο σύμπαν υπάρχουν ακραίες αστροφυσικές καταστάσεις που λειτουργούν ως φυσικοί επιταχυντές. Εκεί δημιουργούνται σωματίδια και ακτινοβολία σε ένα μεγάλο εύρος ενεργειών που υπερβαίνει τα ~1011 GeV. Πρόκειται για ενέργειες εκατομμύρια φορές μεγαλύτερες από την μέγιστη ενέργεια που επιτυγχάνεται στον LHC.
Έτσι λοιπόν, η πειραματική φυσική των σωματιδίων δεν πρόκειται να τελειώσει μαζί με τον τελευταίο επιταχυντή που θα έχει κατασκευάσει ο άνθρωπος. Οι σπάνιες, αλλά εξαιρετικά ενεργητικές κοσμικές ακτίνες θα συνεχίσουν να αποκαλύπτουν τα μυστικά του σύμπαντος.
διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες: How particle physics will continue after the last collider – https://bigthink.com/starts-with-a-bang/particle-physics-continue-last-collider
Κατηγορίες:ΑΣΤΡΟΦΥΣΙΚΗ, ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑ, ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ, ΣΥΜΠΑΝ, LHC
physicsgg 
👍