Մասնիկների արագացուցիչի աշխատանքի սկզբունքը հասկանալու համար կարելի է պատկերացնել ավտոմեքենաներով մի արտասովոր փորձ: Ենթադրենք՝ ճարտարագետը ստեղծել է աշխարհում ամենաարագ ավտոմեքենան, սակայն շուտով մրցակիցները թողարկել են նոր մոդել, որն ավելի արագ է ստացվել: Այն սովորական եղանակով քանդելն անհնար է. արտադրողն օգտագործել է փակ տեխնոլոգիաներ: Այդ դեպքում մնում է միայն գնել երկու այդպիսի մեքենա և բախել առավելագույն արագությամբ, որպեսզի ցրված մասերով հասկանալի դառնա, թե ինչից են դրանք պատրաստված եղել:

Մոտավորապես այս սկզբունքով են աշխատում մասնիկների խոշորագույն արագացուցիչները: Ավտոմեքենաների փոխարեն դրանք արագացնում են տարրական մասնիկները գրեթե մինչև լույսի արագություն, իսկ հետո բախում միմյանց՝ թույլ տալով գիտնականներին տեսնել Տիեզերքում տեղի ունեցող ամենահիմնարար գործընթացները:

Ինչ է մասնիկների արագացուցիչը

Մասնիկների արագացուցիչը սարքավորում է, որը նախատեսված է տարրական մասնիկները, ինչպիսիք են պրոտոնները և էլեկտրոնները, մինչև արտակարգ բարձր արագություններ՝ լույսի արագության մոտ 99.99%-ը, արագացնելու համար:

Արագացումից հետո մասնիկները բախում են կամ անշարժ թիրախին, կամ ընդառաջ շարժվող մասնիկների մեկ այլ փնջի:

Բախման ընթացքում ծնվում են նոր, շատ ծանր մասնիկներ, օրինակ՝ Հիգսի բոզոնը կամ թոփ-քվարկը: Դրանք գոյություն ունեն վայրկյանի չնչին մասը, ինչից հետո տրոհվում են ավելի թեթև մասնիկների: Վերլուծելով այդ տրոհումների արդյունքները՝ ֆիզիկոսները տեղեկատվություն են ստանում նյութի կառուցվածքի և Մեծ պայթյունից անմիջապես հետո տեղի ունեցած գործընթացների մասին:

Ինչ տեսակի արագացուցիչներ են լինում

Բոլոր արագացուցիչները բաժանվում են երկու հիմնական տեսակի՝ գծային և օղակաձև: Գծային արագացուցիչը (LINAC) արագացնում է մասնիկները ուղիղ գծով՝ ուժեղ էլեկտրական դաշտի օգնությամբ:

Օղակաձև արագացուցիչը ստիպում է մասնիկներին շարժվել շրջանագծային հետագծով՝ աստիճանաբար ավելացնելով դրանց էներգիան, մինչև որ դրանք բախվեն միմյանց:

Աշխարհում ամենամեծ օղակաձև արագացուցիչը Հադրոնային մեծ կոլայդերն է (LHC), որը գտնվում է Միջուկային հետազոտությունների եվրոպական կենտրոնում (CERN)՝ Ֆրանսիայի և Շվեյցարիայի սահմանին: Դրա օղակի երկարությունը կազմում է մոտ 27 կիլոմետր:

Աշխատանքի սկզբունքի պատճառով օղակաձև արագացուցիչներն անվանում են նաև «ատոմային քանդիչներ», թեև իրականում դրանք բախում են ոչ թե ատոմներ, այլ ենթաատոմային մասնիկներ:

Ինչպես է տեղի ունենում մասնիկների արագացումը

Ցանկացած արագացուցիչի աշխատանքը սկսվում է մասնիկների աղբյուրից: Ամենահաճախը օգտագործվում են պրոտոններ կամ էլեկտրոններ, սակայն ժամանակակից սարքավորումներն ունակ են արագացնելու նաև ավելի ծանր միջուկներ: Օրինակ՝ Հադրոնային մեծ կոլայդերը կարող է աշխատել արգոնի, քսենոնի կամ կապարի միջուկների հետ:

Մասնիկները շարժվում են մետաղական խողովակի ներսում, որից օդը σχεդոն ամբողջությամբ հեռացված է: Վակուումն անհրաժեշտ է նրա համար, որպեսզի մասնիկները չբախվեն գազի մոլեկուլներին և կարողանան անարգել արագանալ գրեթե մինչև լույսի արագություն:

Արագացուցիչի ամբողջ երկայնքով տեղադրված են հատուկ սարքեր, որոնք ստեղծում են հզոր էլեկտրական դաշտեր: Դրանք արագ փոխում են բևեռականությունը՝ ձևավորելով ռադիոալիքներ, որոնք կարծես հրում են մասնիկներն առաջ և աստիճանաբար մեծացնում դրանց արագությունը:

Միաժամանակ բազմաթիվ էլեկտրամագնիսներ պահում են մասնիկների փունջը տրված հետագծի վրա և չեն թողնում, որ այն շեղվի:

Որտեղից է առաջանում հսկայական էներգիան

Յուրաքանչյուր նոր շրջանի հետ մասնիկները ստանում են լրացուցիչ էներգիա:

Հադրոնային մեծ կոլայդերում պրոտոնները արագանում են մինչև 6.5 տրիլիոն էլեկտրոնվոլտ էներգիա:

Երբ երկու այդպիսի փնջեր բախվում են, բախման հսկայական էներգիան վերածվում է նյութի՝ Ալբերտ Այնշտայնի հայտնի սկզբունքի համաձայն, որի համաձայն զանգվածը և էներգիան կարող են փոխարկվել միմյանց:

Հենց դրա շնորհիվ բախումների ընթացքում կարող են ի հայտ գալ արտակարգ ծանր մասնիկներ, որոնց գոյությունը սովորական պայմաններում անհնար է դիտարկել:

Ուսումնասիրելով դրանց հատկությունները՝ գիտնականները նոր տեղեկություններ են ստանում նյութի կառուցվածքի և Տիեզերքի գոյության վաղ փուլերի մասին:

Արագացուցիչները լինում են նաև բավականին փոքր

Թեև մասնիկների արագացուցիչները սովորաբար ասոցացվում են հսկայական գիտական համալիրների հետ, բոլորը չէ, որ ունեն հսկայական չափսեր: Առաջին մասնիկների արագացուցիչը տրամագծով 13 սանտիմետրից փոքր էր: Այսօր աշխարհում աշխատում է ավելի քան 30 հազար տարբեր արագացուցիչ, և դրանց մեծ մասը չի օգտագործվում հիմնարար գիտության համար:

Արագացուցիչները վաղուց դարձել են ժամանակակից արդյունաբերության և բժշկության կարևոր մասը: Գծային արագացուցիչներն օգտագործվում են բժշկական ախտորոշման և քաղցկեղային հիվանդությունների ճառագայթային թերապիայի մեջ, որտեղ դրանք գեներացնում են ռենտգենյան ճառագայթում և բարձր էներգիայի էլեկտրոնային փնջեր:

Բացի այդ, արագացուցիչները կիրառվում են կիսահաղորդիչների արտադրության մեջ: Դրանց օգնությամբ նյութերի մեջ ներդնում են անհրաժեշտ իոններ՝ ձևավորելով ապագա միկրոսխեմաների կառուցվածքը: Դրանք օգտագործվում են նաև արդյունաբերության բազմաթիվ այլ ճյուղերում՝ համակարգչային չիպերի պատրաստումից մինչև սննդամթերքի ստերիլիզացում, որը դրանից հետո կարող է երկար ժամանակ պահպանվել սենյակային ջերմաստիճանում: