Τεχνολογία

Τις δυνατότητες μιας εναλλακτικής τεχνολογίας για την επιτάχυνση σωματιδίων απέδειξε στην πράξη ομάδα επιστημόνων από το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley στις ΗΠΑ. Αξιοποιώντας τη συγκεκριμένη τεχνολογία, η οποία βασίζεται σε ιονισμένο αέριο που μέσω λέιζερ έχει μετατραπεί σε πλάσμα, οι επιστήμονες κατάφεραν να επιταχύνουν μια δέσμη σωματιδίων ηλεκτρονίων σε ενέργεια 4,2 δισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ (eV).

Για να συμβεί αυτό, η δέσμη δεν χρειάσθηκε να διανύσει απόσταση μεγαλύτερη από 9 εκατοστά μέσα στη διάταξη, κάτι που σημαίνει πως η ομάδα κατέρριψε το παγκόσμιο ρεκόρ μεγαλύτερης επιτάχυνσης ανά μονάδα μήκους, για συσκευή τέτοιας κατηγορίας. Την ίδια στιγμή που ο επιταχυντής είχε τόσο μικρές διαστάσεις, ώστε να χωρά σε ένα τραπέζι.

Πέρα από τις πρακτικές εφαρμογές, οι επιταχυντές παίζουν σημαντικό ρόλο και στην έρευνα. Πιο χαρακτηριστικό παράδειγμα ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) του CERΝ, χάρις στον οποίο επιβεβαιώθηκε πρόσφατα η ύπαρξη του μποζονίου Χιγκς, ενός υποσωματιδίου που είχε προταθεί εδώ και δεκαετίες ως ο μηχανισμός που προσδίδει μάζα στα σωματίδια.

Ο τρόπος όμως λειτουργίας διατάξεων σαν LHC δημιουργεί σοβαρά πρακτικά προβλήματα στην κατασκευή ακόμη ισχυρότερων επιταχυντών. Ο λόγος είναι πως τέτοιες διατάξεις επιταχύνουν τις δέσμες σωματιδίων με τη χρήση ηλεκτρικών πεδίων, τα οποία παράγονται μέσα σε μια μεταλλική κοιλότητα. Με αυτή την τεχνική, η κινητική ενέργεια των δεσμών δεν μπορεί όμως να αυξηθεί περισσότερο από 100 εκατομμύρια eV ανά μέτρο.

BERKELEY LAB

Έτσι, για να αγγίζουν οι δέσμες μέσα στον LHC τις ενέργειες που είχαν προβλεφθεί, η περίμετρος του επιταχυντή είναι 17,3 χιλιόμετρα. Και, όπως είναι φυσικό, ο «διάδοχος» του LHC, για να είναι ισχυρότερος, θα πρέπει να έχει ακόμη μεγαλύτερες διαστάσεις.Τα παραπάνω εξηγούν γιατί το ρεκόρ που πέτυχε το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley ίσως αποδειχθεί στο μέλλον ένα σημαντικό ορόσημο για την κατασκευή πιο μικρών αλλά εξίσου ισχυρών επιταχυντών. Παράλληλα, δίνει τη δυνατότητα να δημιουργηθούν ακόμη πιο «συμπαγή», σε σχέση με τα σημερινά, λέιζερ ακτίνων Χ.

Αυτά τα μηχανήματα θα λειτουργούν όπως και το πρωτότυπο που κατασκεύασε το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley και με το οποίο κατέρριψε το ρεκόρ. Πιο συγκεκριμένα, η ομάδα «βομβάρδισε» ποσότητα αερίου με λέιζερ, την οποία μετέτρεψε έτσι σε πλάσμα, προκαλώντας στη συνέχεια μια χωρική ανισοκατανομή στα φορτία του. Αυτή η ανισοκατανομή δημιούργησε ένα ηλεκτρικό πεδίο, που επιτάχυνε τη δέσμη.

Όπως σημειώνουν οι επιστήμονες, με αυτό τον τρόπο, η κινητική ενέργεια ανά μονάδα μήκους που απέκτησε η δέσμη ήταν 1.000 μεγαλύτερη συγκριτικά με τους επιταχυντές που βασίζονται στην εφαρμογή ηλεκτρικών πεδίων.