Výskumníci odhalili najsilnejšiu elektrónovú „zbraň“ na svete. Hovoria, že sme na ceste k prelomovým objavom
Výskumníci predstavili najsilnejšiu elektrónovú zbraň na svete, ktorá pomôže elektróny zrýchliť na 80% rýchlosti svetla za zlomok sekundy.
Výskumníci z laboratória Brookhaven National Laboratory navrhli a po prvýkrát otestovali najsilnejšiu polarizovanú elektrónovú “zbraň” na svete. Ide o technológiu, ktorá je základom pre vytvorenie prvého plne polarizovaného elektrónovo-iónového urýchľovača častíc.
Elektrónová zbraň bola vyvíjaná v spolupráci s americkým Ministerstvom energetiky a ďalšími výskumnými laboratóriami. Jej úlohou je vystreľovať polarizované elektróny, ktoré sa následne zrazia s polarizovanými protónmi a iónmi. Tieto kolízie nám pomôžu pochopiť najzakladanejšie stavebné kamene normálnej hmoty.
“Toto nové zariadenie nielenže prekonáva základné požiadavky pre elektrónovo-iónového urýchľovača, no zároveň nám už teraz pomáha získavať prelomové nové poznatky,” tvrdí Erdong Wang, výskumník z laboratória Brookhaven National Laboratory.
Z nuly na zlomok rýchlosti svetla
Prvý koncept elektrónovej zbrane poskytol Wang ešte v roku 2017. Odvtedy výskumníci pracovali na dizajne a konštrukcii tohto zariadenia. Na ňom pracoval tím expertov z rôznych odborov, napríklad odborníkov na dynamiku lúčov, vysoké napätie, materiálové vedy, lasery a diagnostiku. Výskumníci, ktorí pracovali na projekte, vysvetľujú, že zariadenie je skvelou ukážkou spolupráce medzi viacerými špičkovými vedeckými inštitúciami.
Hoci výskumníci hovoria o elektrónovej “zbrani”, nové zariadenie má ale len veľmi málo spoločného s klasickou pištoľou. Vedci opisujú polarizovanú elektrónovú zbraň ako špecifickú verziu signálnej pištole, ktorá sa používa v športe na odštartovanie pretekov. V tomto prípade odštartuje prúdy zrážajúcich sa častíc. Elektrónová zbraň vystrelí elektróny, ktoré následne budú obiehať okolo takmer 4 km dlhého urýchľovača častíc.
“Automobily, ktoré to dokážu vytiahnuť z nuly na sto za niekoľko sekúnd sú v porovnaní s touto elektrónovou zbraňou nič. Tá dokáže elektróny za zlomok sekundy vytiahnuť z nuly na 80% rýchlosti svetla,” hovorí Wang.
V tomto prípade ale nie je počiatočná rýchlosť tou najimpozantnejšou charakteristikou. Ako výskumníci vysvetľujú, skutočný úspech elektrónovej zbrane sa ukrýva v tom, že dokáže poskytnúť špecifické charakteristiky pre elektrónový lúč, ktoré sú základom pre ich schopnosť nahliadnuť dovnútra protónov a jadier atómov. Práve s týmito časticami sa budú elektróny zrážať v elektrónovo-iónovom urýchľovači častíc. Elektróny dokonca poletia rýchlejšie ako 80% rýchlosti svetla, no až v ďalších štádiách akcelerácie.
Neprehliadni
Dôležitou charakteristikou elektrónovej zbrane je vystrelenie elektrónových lúčov v krátkych ale hustých dávkach. V týchto dávkach má väčšina elektrónov spin v rovnakom smere.
Na ceste k prelomovým objavom
Keď sa elektróny dostanú na požadovanú rýchlosť, dávky elektrónov s vysokou hustotou zvyšujú pravdepodobnosť, že sa elektróny v urýchľovači častíc zrazia s protónmi a iónmi, ktoré sa pohybujú opačným smerom. Keď majú elektróny rovnaký spin, potom hovoríme o polarizácii častíc. Táto vlastnosť je extrémne dôležitá pre výskumy, ktoré sa budú v elektrónovo-iónovom urýchľovači častíc vykonávať.
Urýchľovač častíc vznikol sčasti aj preto, aby výskumníkom pomohol dopracovať sa k tomu, ako spin vzniká. Spin častice zodpovedá za štruktúru a poriadok vo viditeľnej hmote. Zároveň zodpovedá za magnetické vlastnosti protónov a vďaka spinu môžeme mať zariadenia, ako napríklad magnetickú rezonanciu. Zatiaľ ale stále ostáva záhadou ako spin protónu vlastne vzniká.
Elektrónovo-iónový urýchľovač častíc bude prvým urýchľovačom častíc, v ktorom majú vedci možnosť ovládať a vyladiť spiny elektrónových a iónových lúčov. Zrážkou polarizovaných elektrónov s polarizovanými protónmi chcú vedci zistiť ako spin protónu vzniká zo spinu a pohybu jeho stavebných kameňov, teda kvarkov a gluónov.
Výskumy prebiehajúce v tomto urýchľovači výskumníkom pomôžu získať viac informácií o interakciách medzi kvarkami a gluónmi. Tieto interakcie má na starosti najsilnejšia, no najmenej chápaná prírodná sila, takzvaná silná interakcia.
Elektrónová zbraň sa testuje už dva roky, pričom stále ponúka výskumníkom stabilné výsledky. Momentálne vedci pracujú aj na ďalších komponentoch elektrónovo-iónového urýchľovača častíc, ktorý sa deň čo deň posúva bližšie k realite
