Strona głównaPytania → Czy w zderzaczu hadronów zderzają...

Czy w zderzaczu hadronów zderzają się pojedyncze cząstki?

Pytanie

Pyta Ewa

Dowiedziałam się, że w CERN zderzają w zderzaczu hadronów pojedyncze atomy, jądra atomów, czy nawet pojedyncze protony. Jak można uzyskać tak małe cząstki Przecież ich nie widać nawet pod najlepszym mikroskopem. Jak można wyizolować tak małe cząstki?

Odpowiedź

Odpowiada Mikołaj Misiak

Do zderzeń proton-proton w akceleratorze LHC doprowadzamy w ten sposób, że rozpędzamy wiązki protonów podzielone na paczki. W każdej paczce znajduje się około stu miliardów protonów. W punkcie przecięcia wiązek paczki przelatują równocześnie w przeciwnych kierunkach, ale tylko bardzo nieliczne protony przypadkowo zderzają się. W zależności od potrzeb możemy zmieniać gęstość wiązki, i otrzymywać średnio od jednego do kilkudziesięciu nieelastycznych zderzeń protonów przy jednym zderzeniu paczek.

W wyniku zderzenia proton-proton produkują się różne cząstki elementarne, które wylatują z miejsca zderzenia pod różnymi kątami, i zostawiają ślady w detektorze. Dopiero na tym etapie możemy badać zachowanie się pojedyńczych cząstek o rozmiarach znacznie mniejszych od atomu. Rozpędzona naładowana cząstka powoduje jonizację materii wzdłuż swojego toru. Efekt tej jonizacji w odpowiednich warunkach staje się makroskopowy, i może zostać odczytany przez urządzenia elektroniczne. Możemy więc analizować kształty torów pojedyńczych cząstek elementarnych, w szczególności ich zakrzywienie w polu magnetycznym, a także określać, w jakich punktach i na co się rozpadły.

Pierwszym w historii urządzeniem do badania torów pojedyńczych cząstek elementarnych była komora Wilsona zaprojektowana w roku 1900. Działającą komorę można obejrzeć w Centrum Kopernika w Warszawie. W każdej sekundzie widzimy w niej wiele powstających i niknących torów pojedynczych naładowanych cząstek, głównie elektronów i cząstek $\alpha$ (jąder helu).

Wracając do rozpędzania wiązek, warto zdać sobie sprawę, że dużą ilość swobodnych protonów i elektronów można uzyskać jonizując wodór (lub inną substancję go zawierającą), korzystając np. z wyładowań elektrycznych. Protony można następnie oddzielić od innych produktów reakcji korzystając z pól elektrycznych i magnetycznych. Formowanie wiązki protonów, chłodzenie jej, a następnie przyspieszanie i ogniskowanie przed zderzeniem jest bardzo złożonym zagadnieniem technicznym.