Ο νέος γραμμικός επιταχυντής του CERN έτοιμος να μπει στην πρίζα. CERN unveils new linear accelerator

Ο γραμμικός επιταχυντής αποτελεί το πρώτο κρίσιμο βήμα στην “αλυσίδα έγχυσης” σωματιδίων στον LHC, όπως ονομάζουν οι επιστήμονες την προετοιμασία των δεσμών που θα μπουν στη σήραγγα του LHC. Ο λόγος είναι πως αυτό το μηχάνημα αναλαμβάνει την παραγωγή και την αρχική επιτάχυνση των σωματιδίων, ενώ επίσης καθορίζει την ένταση και την πυκνότητα που θα έχουν οι δέσμες. Linac 4, CERN's newest accelerator acquisition since the Large Hadron Collider (LHC), was inaugurated today. (Image: M.Brice/CERN)

Ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Πυρηνικών Ερευνών (CERN) στα γαλλο-ελβετικά σύνορα εγκαινίασε το νέο γραμμικό επιταχυντή του Linac 4. Το νέο απόκτημα θα τροφοδοτήσει με ακτίνες υψηλότερης ενέργειας τον μεγάλο επιταχυντή αδρονίων (LHC), ώστε ο τελευταίος να αυξήσει σημαντικά τη φωτεινότητά του το 2021.

Μετά από μία μακρά περίοδο δοκιμών, ο Linac 4 θα συνδεθεί με τον μεγάλο επιταχυντή LHC, όταν ο τελευταίος τεθεί εκτός λειτουργίας για την καθιερωμένη τεχνική συντήρηση και αναβάθμιση τον χειμώνα της περιόδου 2019-2020.

Ο Linac 4 θα αντικαταστήσει τον γραμμικό επιταχυντή Linac 2, ο οποίος λειτουργεί από το 1978 και θα γίνει πλέον αυτός το πρώτο στάδιο στην αλυσίδα επιταχυντών του CERN, παράγοντας ακτίνες πρωτονίων για μια ευρεία γκάμα πειραμάτων.

Ο γραμμικός επιταχυντής είναι το πρώτο και θεμελιώδες βήμα στην αλυσίδα επιτάχυνσης των σωματιδίων, καθώς σε αυτόν παράγονται τα πρώτα σωματίδια και δέχονται την αρχική επιτάχυνσή τους. Ο Linac 4 έχει μήκος σχεδόν 90 μέτρων (έναντι 27 χιλιομέτρων του LHC), βρίσκεται σε βάθος 12 μέτρων κάτω από την επιφάνεια και χρειάσθηκε σχεδόν δέκα χρόνια για να ολοκληρωθεί, με κόστος περίπου 90 εκατ. ευρώ.

Linear accelerator 4 (Linac 4) is designed to boost negative hydrogen ions to high energies. It is scheduled to become the source of proton beams for the Large Hadron Collider (LHC) after the long shutdown in 2019-2020. Linac 4 will accelerate ions to 160 MeV to prepare them to enter the Proton Synchrotron Booster, which is part of the LHC injection chain. Negative hydrogen ions are pulsed through the accelerator for 400 microseconds at a time. Credit: CERN

Ο Linac 4 θα στέλνει αρνητικά ιόντα υδρογόνου, αποτελούμενα από ένα άτομο υδρογόνου με δύο ηλεκτρόνια, στο σύγχροτρο πρωτονίων (Proton Synchrotron Booster-PSB) του CERN, το οποίο θα επιταχύνει κι άλλο τα αρνητικά ιόντα, ενώ θα απομακρύνει τα ηλεκτρόνιά τους.

Η παραγόμενη ακτίνα του Linac 4 θα έχει ενέργεια έως 160 MeV, υπετριπλάσια σε σχέση με του Linac 2. Αφενός η αύξηση της ενέργειας και αφετέρου η χρήση ιόντων υδρογόνου θα διπλασιάσει την ενέργεια της ακτίνας που θα φθάνει στον μεγάλο επιταχυντή LHC, συμβάλλοντας καθοριστικά στην μελλοντική αύξηση της φωτεινότητας του τελευταίου.

Η φωτεινότητα (luminosity) είναι μια καθοριστική παράμετρος που δείχνει πόσο μεγάλος είναι ο αριθμός των σωματιδίων, τα οποία συγκρούονται σε ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. Η μέγιστη φωτεινότητα του LHC σχεδιάζεται να πενταπλασιαθεί έως το 2025, με στόχο τη δημιουργία του «Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων Υψηλής Φωτεινότητας» (High-Luminosity LHC).

Έτσι, τα πειράματα του LHC θα μπορούν να συλλέξουν περίπου δέκα φορές περισσότερα δεδομένα κατά την περίοδο 2025-2035. Αυτό θα επιτρέψει στους φυσικούς να κάνουν πιο ακριβείς μετρήσεις για τα θεμελιώδη σωματίδια από ό,τι σήμερα και ίσως να ανοίξουν ένα «παράθυρο» σε άγνωστες έως τώρα διαδικασίες της φύσης πέρα από το «Καθιερωμένο Πρότυπο» (Standard Model), όπως η σκοτεινή ύλη και ενέργεια ή οι έξτρα χωροχρονικές διαστάσεις.

Από την άλλη, η τεχνολογία του γραμμικού επιταχυντή Linac 4 αναμένεται να αξιοποιηθεί σε μικρότερα, ακόμη και φορητά μηχανήματα, ώστε να έχει και άλλες πρακτικές εφαρμογές, όπως στη βιοϊατρική έρευνα (π.χ. δημιουργία ισοτόπων για τη διάγνωση του καρκίνου) και στην ανάλυση έργων τέχνης (π.χ. πινάκων στα μουσεία).

Το Λούβρο του Παρισιού είναι το μόνο μουσείο στον κόσμο που ήδη διαθέτει στο υπόγειό του τον δικό του μικρό επιταχυντή. Όταν κλείνει τις Τρίτες, διάφορα έργα τέχνης μεταφέρονται εκεί για ανάλυση, μεταξύ άλλων για να αποκαλυφθεί αν είναι γνήσια, από ποιά υλικά κατασκευάσθηκαν και πόσο παλιά είναι.

Πηγές: CERN press release - http://www.tovima.gr/science/article/?aid=878970