Ohne sie hätten wir möglicherweise nicht die Atombombe entwickelt.

Freunde, die „Das Dreikörperproblem“ gelesen haben, werden alle über eine Science-Fiction-Idee in dem Buch sprechen: Wie die Dreikörperwelt zwei „intelligente Teilchen“ verwendete, um Teilchenbeschleuniger zu stören und die Technologie der Erde lahmzulegen.

Sophone existieren in Form von Partikeln mit Intelligenz. Sie gelangen in die Teilchenbeschleuniger, die von Wissenschaftlern für Experimente verwendet werden, und beeinträchtigen die Ergebnisse von Teilchenkollisionen. Dies wird dazu führen, dass die Wissenschaftler fehlerhafte Daten erhalten, die gesamte theoretische Physikergemeinde in Chaos und Stagnation stürzt und die menschliche Technologie nicht weiter vorankommt.

Diese Handlung hat viele Freunde neugierig gemacht: Was ist ein Teilchenbeschleuniger? Warum ist es für die Entwicklung der Wissenschaft so wichtig?

Einfach ausgedrückt ist ein Teilchenbeschleuniger ein Gerät, das künstlich einen schnellen Strahl geladener Teilchen erzeugt. Dabei wird eine bestimmte Form elektromagnetischer Felder verwendet, um geladene Teilchen wie Elektronen, Protonen oder schwere Ionen zu beschleunigen, und es können verschiedene hochenergetische geladene Teilchenstrahlen mit Geschwindigkeiten erzeugt werden, die sogar nahe an der Lichtgeschwindigkeit liegen. Wenn beschleunigte Partikel mit Zielpartikeln kollidieren, werden viele Sekundärpartikel „zerstreut“, nachdem die Partikel zertrümmert sind. Diese Sekundärteilchen können nach der Rekombination neue Teilchen erzeugen.

Daher sind Teilchenbeschleuniger wichtige Werkzeuge für die Menschheit, um Atomkerne und Elementarteilchen zu verändern und die Tiefenstruktur der Materie zu verstehen.

Zyklotron: Der Beginn der großen Wissenschaft

Ursprünglich war die Vorstellung der Wissenschaftler von einem Teilchenbeschleuniger ein Linearbeschleuniger.

In einer Ausgabe der deutschen Zeitschrift „Elektrisch-Technisches Archiv“ vom 19. Dezember 1928 wurde ein Bericht des norwegischen Physikers Rolf Vidler veröffentlicht. In seinem Bericht schlug Vidler vor, das Problem der Erzeugung hochenergetischer Teilchen ohne Verwendung von Hochspannung dadurch zu lösen, dass man Ionen durch eine Reihe von Spalten mit Potentialunterschieden passieren lässt, um so kontinuierlich eine Kraft auf die Ionen auszuüben und sie so geradlinig zu beschleunigen. Um jedoch die von Rutherford seinerzeit geforderte Spannung von 10 Millionen Volt zu erreichen und die tiefen Geheimnisse der Atomstruktur zu lüften, war eine sehr lange gerade Röhre erforderlich, die so lang war, dass sie im Labor nicht untergebracht werden konnte. Obwohl diese Idee nicht sehr umsetzbar war, inspirierte sie Ernest Lawrence, den späteren Erfinder des Zyklotrons.

In den frühen 1930er Jahren feierte das Zyklotron sein Debüt. Als eine Art Teilchenbeschleuniger verwendet ein Zyklotronbeschleuniger ein magnetisches und ein elektrisches Feld, um geladene Teilchen in Zyklotronbewegung zu versetzen, und beschleunigt sie während der Bewegung wiederholt durch ein hochfrequentes elektrisches Feld. Das Zyklotron ist, in den Worten seines Erfinders Ernest Lawrence, „ein Karussell für Protonen“. Diese Erfindung nutzt die Eigenschaft kreisförmiger Umlaufbahnen, um Teilchen eine kreisförmige Bewegung zu ermöglichen und ihnen so die enorme Energie zu verleihen, die sie für die Beschleunigung in einem begrenzten Raum benötigen.

Das Aufkommen dieser Erfindung ist zweifellos ein bahnbrechender Moment in den Bemühungen der Menschheit, die tiefen Geheimnisse der Kernstruktur zu lüften.

Es hat nicht nur eine revolutionäre Bedeutung für die Kernphysik, sondern vertieft auch unser Verständnis der Grundbausteine ​​der Natur. Darüber hinaus löste es einen Wandel im wissenschaftlichen Forschungsmodell aus: Im Zuge der Förderung der Erfindung des Zyklotrons konnte Ernest eine große Zahl junger Doktoranden und Ingenieure für eine interdisziplinäre Zusammenarbeit gewinnen und seine brillanten Ideen einbringen. Dank seines brillanten Verstandes gelang es ihm, Millionen von Dollar von Forschungsunternehmen einzusammeln. Mit den unbegrenzten Ressourcen, die er erhielt, schloss er die Forschung und Entwicklung komplexer großer wissenschaftlicher Geräte ab und brachte große wissenschaftliche Projekte wie die Atombombe und das Weltraumprogramm auf den Weg …

Es waren Ernest Lawrence und sein Team, die den Grundstein für die Beteiligung der Industrie an der wissenschaftlichen Forschung legten und die Entwicklung von der „kleinen Wissenschaft“ zur „großen Wissenschaft“ vorantrieben.

Zu diesem Zweck schrieb der amerikanische Kolumnist und Journalist Michael Hiltzik das Buch „Big Science: Ernest Lawrence and the Military Industry He Created“, in dem er dieses glorreiche und großartige wissenschaftliche Epos festhielt.

ENDE

Herausgeber/Herz und Papier