Czy to nie ciekawe ?

Pewnie zaintrygował Cię tytuł tego e‑materiału… Myślę, że zadajesz sobie proste pytanie: „Po co przyspieszać cząstki?” Jaki jest cel takiego działania? Celem jest tzw. eksperyment zderzeniowy. Zderzamy wysokoenergetyczną cząstkę z materią – tarczą i obserwujemy efekt takiego zderzenia. Okazuje się, że w ten sposób możemy uzyskać wiedzę na temat struktury materii – jak jest ona zbudowana.

Jakie cząstki przyspieszamy? Domyślasz się, że pewnie chodzi o elementarne składniki naszej materii – elektrony, protony, neutrony. Tak jest, chociaż… pierwszym eksperymentem zderzeniowym było odkrycie przez Rutherforda jądra atomowego. W tym eksperymencie cząstką o wysokiej energii kinetycznej była cząstka ${\displaystyle \alpha }$, czyli jądro helu, a tarczą – cienka złota folia.

Obecnie w największym na świecie laboratorium fizycznym CERN pod Genewą dokonuje się właśnie tego typu eksperymentów. Zderzane są ze sobą protony, biegnące z prędkościami bliskimi prędkości światła naprzeciw siebie. Na zdjęciach (Rys. a. i Rys. b.) pokazano tory cząstek uwidocznione w detektorze, które zostały wytworzone w wyniku takiego zderzenia.

R2NzyH7hFK6Gz

Rys. a. Na ilustracji na ciemnym tle widoczne są kolorowe linie pokazujące tory cząstek powstałych podczas zderzenia wysokoenergetycznych protonów. Czerwona, długa linia skierowana ukośnie w prawo i w dół to tory dwóch protonów lecących naprzeciwko siebie i zderzających się w środkowym punkcie ilustracji. Z tego punktu wychodzi wielka liczba żółtych linii o większej i mniejszej długości, czyli torów cząstek powstałych w zderzeniu. Większość tych torów skierowana jest prostopadle lub prawie prostopadle do torów zderzających się protonów. Tory są zakrzywione w lewo lub w prawo.

R1VeBCUJyryf0

Rys. b. Zdjęcie przedstawia te same tory cząstek powstałych w zderzeniu wysokoenergetycznych protonów, ale pokazane są w płaszczyźnie prostopadłej do torów zderzających się protonów. W środkowym punkcie dużej obręczy, podzielonej na wiele cienkich przedziałów, znajduje się punkt zderzenia. Z czarnej kropki wychodzi wielka liczba żółtych torów cząstek powstałych w zderzeniu. Tory mają różną długość i są zakrzywione w lewo lub w prawo.

Część energii protonów została zamieniona w masę. Nastąpiła tzw. kreacja materii. Żeby to mogło nastąpić, energia kinetyczna protonów musi być naprawdę ogromna.

O tym, w jaki sposób przyspieszamy protony lub inne naładowane cząstki do tak wielkich prędkości opowiemy w tym e‑materiale.