Werking deeltjesversneller

Deeltjesversneller, ook wel versnellingsmachine genoemd, is een machine waarmee elektrisch geladen deeltjes, zoals elektronen, atoomkernen of ionen, in bundels kunnen worden versneld om ze met een bepaalde energie te laten botsen met andere deeltjes. Hierbij kunnen de deeltjes worden verstrooid of processen als kernreacties en reacties tussen elementaire deeltjes veroorzaken.

Werking

Het werkingsprincipe van een deeltjesversneller berust op de invloed die elektrische en magnetische velden uitoefenen op een geladen deeltje. Een elektrisch veld zorgt voor een versnelling van het deeltje (positief geladen deeltjes lopen van plus naar min, negatieve deeltjes andersom). In een magnetisch veld worden ze afgebogen als gevolg van de lorentzkracht.
De kinetische energie van een versneld deeltje wordt uitgedrukt in elektronvolt (eV). Een proton dat versneld wordt met een elektrostatisch veld ter sterkte van 1 miljoen volt, krijgt een energie ter grootte van 1 MeV.

Toepassing

Hoewel deeltjesversnellers aanvankelijk alleen nodig waren voor natuurkundig onderzoek, zijn ze gaandeweg ook van grote betekenis gebleken voor andere takken van wetenschap en zijn er tal van maatschappelijk belangrijke toepassingen gevonden. Zo kunnen versnellers worden gebruikt voor het produceren van intens gerichte ultraviolette straling.

Type versnellers

Deeltjesversnellers zijn er in verschillende soorten en maten: elektrostatische versnellers, cyclotrons, synchrotrons, lineaire versnellers, opslagringen, enz. Ondanks alle verschillen hebben ze een aantal gemeenschappelijke kenmerken. Alle versnellers hebben een bron die de elektrisch geladen deeltjes produceert en een vacuümsysteem waarin deze deeltjes voortbewegen. Een elektrisch veld zorgt voor de versnelling en een magnetisch veld houdt de deeltjes in de gewenste baan.

Onderzoek

Opslagringen worden gebruikt voor de bestudering van botsingen tussen verschillende geladen deeltjes. In sommige gevallen wordt antimaterie (positronen, antiprotonen) geproduceerd met een aparte versneller en opgeslagen in een kleine opslagring. Als men er voldoende van heeft, worden de antideeltjes versneld en vervolgens bij hoge energie opnieuw opgeslagen. Bij CERN werd tot 1991 het grote synchrotron tegelijkertijd gebruikt voor de versnelling en vervolgens de opslag van protonen en antiprotonen, die in tegengestelde richting in dezelfde vacuümbuis ronddraaiden.

Toekomst

In Zwitserland is op 10 september 2008 de grootste deeltjesversneller tot nu toe in gebruik genomen. Wetenschappers slaagde erin protonen volledige rondes te laten maken door de buis. Het Europese onderzoeksinstituut CERN hoopt er de omstandigheden na te bootsen van vlak na de oerknal in het heelal.
Het complex is onder de grond gebouwd in Geneve. In de 27 km lange tunnel worden protonen op elkaar afgevuurd met de snelheid van het licht. Men hoopt met deze experimenten het Higgs-deeltje te vinden.
De overkoepelende organisatie CERN zegt dat er geen reden voor ongerustheid is over de proeven. Critici vrezen voor het ontstaan van destructieve zwarte gaten.

Higgsdeeltje

De nieuwe deeltjesversneller (LHC) hoopt dit deeltje te vinden. Natuurkundigen hopen dat dit deeltje meer duidelijkheid geeft over de opbouw van materie. Het deeltje is anno 2008 nog nooit eerder waargenomen, maar is in het huidige natuurkundige model nodig om te verklaren waarom deeltjes massa hebben. De voorganger van de LHC, de LEP (Large Electron Positron collider) had niet genoeg vermogen om dit deeltje op te wekken. De LHC zorgt voor een snelheid die 7 maal groter is dan die van de LEP, waardoor de kans op succes aanzienlijk groter is.