מה זה מאיץ חלקיקים?
-
ארנסט לורנס היה פיזיקאי בשנות העשרים של המאה הקודמת - ולא סתם פיזיקאי, אלא פיזיקאי ניסויי, דהיינו כזה שלא רק יודע לקשקש נוסחאות על הלוח אלא אשכרה בונה דברים בידיים. למעשה, לורנס היה כל כך טוב בלהקים ניסויים מסובכים, עד שכמה אוניברסיטאות בארה"ב נלחמו זו בזו והציעו לו הצעות מפתות כדי לשכנע אותו להצטרף אליהן. בסופו של דבר, אוני' ברקלי הייתה זו שזכתה בלורנס, אחרי שהציעה לו משרה של פרופסור מן המניין. לורנס היה רק בן 29 בשלב הזה...

בברקלי, לורנס החל לעבוד על טכנולוגיה שהיתה חדשנית מאוד בזמנה: מאיץ חלקיקים. מאיץ חלקיקים הוא מתקן שלוקח שני חלקיקים זעירים - למשל, שני פרוטונים, החלקיקים שנמצאים בגרעיני האטומים - מאיץ אותם למהירות גבוהה ואז מרסק אותם אחד לתוך השני. כתוצאה מההתנגשות הזו הפרוטונים מתפרקים לרסיסים, ואז המדענים יכולים לבחון את מסלול תנועתם של הרסיסים האלה ולגלות ממה עשויים הפרוטונים. נכון, זו לא בדיוק השיטה הכי אלגנטית בעולם - זה קצת כמו לנסות לגלות איך עובדת מכונית על ידי בדיקה של שאריות של תאונת דרכים - אבל אם יש לכם רעיונות יותר מוצלחים, אז מוזמנים להציע.

בכל אופן, המדענים כבר עשו דברים קודמים עוד לפני שארנסט לורנס נכנס לתמונה - אבל אף אחד לא הצליח להאיץ חלקיקים למהירויות מספיק גבוהות כדי באמת לפרק אותם לרסיסים. למה?

נניח, לשם ההסבר, שאתם בגן שעשועים והילד שלכם מבקש שתסובבו אותו על הקרוסלה. עוד טיפ מהורה מנוסה: אל תכנסו לקרוסלה עם הילד. אני לא יודע מה קורה לנו במוח כשאנחנו מזדקנים, אבל אחרי שלושה סיבובים הילד יהיה מאושר ואתם תקיאו את הנשמה. עדיף שתחזיקו את הקרוסלה מבחוץ, ותתנו לה דחיפה. בעולם של מאיצי החלקיקים, הדחיפה הזו נעשית באמצעות שדה מגנטי חזק שתופס את הפרוטונים ודוחף אותם. אבל כאן יש אתגר: הדחיפה שיכול לתת השדה המגנטי היא מאוד מוגבלת. זה כמו לתפוס את הקרוסלה ביד וללכת לצידה במעגל: מהירות ההליכה שלנו מוגבלת, ואי אפשר לסובב את הקרוסלה ממש ממש מהר. אז מה עושים?

ללורנס היה רעיון מבריק. נניח שבמקום לתפוס את הקרוסלה וללכת איתה, אנחנו עומדים במקום, ורק נותנים לה דחיפה קטנה - ומשחררים. ואז עוד דחיפה קטנה. ועוד אחת. ועוד אחת וכן הלאה. אם נותנים את הדחיפות הקטנות בתזמון הנכון, אפשר להאיץ את הקרוסלה למהירות די רצינית. וזה גם היה הפתרון של לורנס. הוא בנה מתקן עגול שבו הפרוטונים יכולים להסתובב במעגלים - פרוטון אחד עם כיוון השעון, ופרוטון שני נגד כיוון השעון - ובכל פעם שאחד הפרוטונים משלים סיבוב שלם - מגנט שנמצא מחוץ למתקן נותן פולס של שדה מגנטי שדוחף את הפרוטון ונותן לו עוד קצת מהירות. אחרי כמה סיבובים שכאלה הפרוטונים מגיעים למהירויות ממש גבוהות - ואז מכוונים אותם בעזרת השדה המגנטי אחד לעבר השני, ומרסקים אותם ליד גלאי מיוחד שבוחן את הרסיסים. אגב, לא במקרה בחרתי את האנלוגיה של קרוסלה: המכשיר שפיתח לורנס נקרא "ציקלוטרון", אבל הוא כינה אותו בחיבה - קרוסלת החלקיקים הקטנה שלי.

מאיץ החלקיקים החדש חולל מהפכה בעולם הפיזיקה ואיפשר למדענים לגלות המון חלקיקים חדשים. היום, מאיץ החלקיקים הגדול ביותר בעולם הוא ה-LHC שבמכון CERN בשוויץ שההיקף שלו הוא עשרים ושישה קילומטרים, והמגנטים שלו מסוגלים להאיץ את החלקיקים למהירות של 99.999999% ממהירות האור. ועוד אנקדוטה מרתקת: מי שהיה אחראי על הניסוי החשוב שנעשה בעזרת המאיץ של CERN, הניסוי שבזכותו נתגלה "בוזון היגס" - מה שנקרא "החלקיק האלוהי" - הוא לא אחר מאשר פרופ' עילם גרוס הישראלי ממכון ויצמן. כבוד. מה זה בדיוק בוזון היגס ואיך גילו אותו - על זה אספר בסרטון אחר.

תודה על הקריאה! הזמינו אותי להרצאה בארגון שלכם: פרטים על ההרצאות - ranlevi.co.il
להתראות.

Eilam Gross