Elektrónové delo zrýchľuje elektróny z 0 na 139 miliónov km / h
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 21. 10. 2024
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Na newyorskom Long Islande stavajú vedci ambiciózny stroj, ktorý má rozlúsknuť záhady skrývajúce sa v jadrách atómov. Hlavnou súčasťou tohto systému je elektrónové delo s najvyšším napätím na svete, ktoré práve prešlo šesťmesačným testom.
Stroj je známy ako elektrónovo-iónový urýchľovač (Electron-Ion Collider - EIC) a vyvíjajú ho vedci z Brookhavenského národného laboratória amerického ministerstva energetiky. Cieľom stroja je urýchliť elektróny v jednom prúde a zrážať ich s atómami, ktoré boli zbavené vlastných elektrónov a pohybujú sa v inom prúde v opačnom smere. To všetko sa bude odohrávať v kruhovom urýchľovači s obvodom 3,86 kilometra.
Teoreticky by sa tak mali rozbiť protóny a neutróny v jadrách atómov a odhaliť ešte stále nedostatočne preskúmané mechanizmy ich existencie. Jedným z cieľov je lepšie pochopiť silu vo vnútri gluónov, ktorá drží pohromade kvarky (stavebné prvky protónov a neutrónov) a je známa ako najsilnejšia sila v prírode.
Aby to všetko fungovalo, vedci museli vymyslieť zariadenie, ktoré by dokázalo urýchliť častice na rýchlosť blízku rýchlosti svetla rýchlo a na relatívne malú vzdialenosť. A nedávna séria testov elektrónového dela dokazuje, že sa im to presne podarilo.
„Urýchlili sme rýchlosť elektrónov na 80 % rýchlosti svetla,“ povedal Erdong Wang, fyzik z Brookhavenského laboratória, hlavný architekt a realizátor zariadenia, ktorý na jeho vývoji pracuje od roku 2017, keď ho navrhol. „To znamená zrýchlenie z nuly na viac ako 500 miliónov míľ za hodinu (približne 139 miliónov km / h) na ploche len dvoch palcov (cca 5 centimetrov) vo vnútri dela za približne dve desaťmiliardtinové sekundy.“
„Do EIC sme vložili písmeno „e“,“ dodal John Skaritka, mechanický inžinier Brookhavenského laboratória, ktorý viedol mechanický návrh a plánovanie projektu.
Urýchľovanie elektrónov je len jednou z úloh, ktoré sú delu pridelené. Ďalšou je schopnosť vytvárať tesné skupiny častíc a kontrolovať aj ich rotáciu. Na dosiahnutie tohto cieľa výskumníci vytvorili fotokatódu, čo je komponent, ktorý vytvára fotoelektrické elektróny, z tenkých nanolistov kryštálov arzenidu gália. Úderom lasera do tejto katódy dokázal tím uvoľniť elektróny a ovládať ich otáčanie smerom dopredu alebo dozadu.
„Najprv sme na katódu privádzali napätie,“ povedal Wang. „Potom, keď na plátok arzenidu gália zasvietime laserom, lúč elektrónov vyjde smerom k anóde. Energia elektrónov sa v priestore medzery - asi 5 centimetrov - pohybuje od nuly po 320 kiloelektrónvoltov.“
Výskumníci tiež vybrali najlepší prístup s laserom. Zistili, že krátke impulzy laserového svetla dokázali vytvoriť skupiny elektrónov obsahujúce vysoký „náboj zväzku“. To znamená, že v každom zväzku bolo približne 70 miliárd elektrónov. Tieto zväzky dávajú časticiam najvyššiu šancu naraziť do atómových jadier, ktoré na ne v urýchľovači prichádzajú z druhej strany.
Po spracovaní série ďalších výziev, vrátane vypečenia uväznených plynov v oceli krytu dela a použitia materiálov získaných z rozdrvených kukuričných klasov na vyleštenie všetkých komponentov z nehrdzavejúcej ocele do zrkadlového lesku fungovalo delo až šesť mesiacov bez údržby. Analýza vyrobených elektrónových lúčov potvrdila, že častice majú presne tie správne vlastnosti na použitie v EIC.
„Toto delo nielenže prekračuje požiadavky EIC, ale zároveň sme získali špičkové výsledky na svete,“ povedal Wang. „Je to delo na polarizované elektróny s najvyšším napätím a najvyššou intenzitou na svete.“
On a jeho tím teraz pracujú na komponentoch, ktoré urýchlia elektróny vo vnútri urýchľovača ešte viac, takmer na rýchlosť svetla. Práca tímu bola nedávno uverejnená v magazíne Applied Physics Letters.
