How does an atom-smashing particle accelerator work? - Don Lincoln

Transcriber: Andrea McDonough Reviewer: Bedirhan Cinar

תרגום: Ido Dekkers עריכה: Zeeva Livshitz

One of the grandest scientific tools ever made by mankind

אחד מכלי המחקר המדעיים הגדולים ביותר שהאדם יצר

is called an atom smasher.

נקרא מרסק אטומים.

And I mean literally grand.

ואני מתכוון לגדול מילולית.

The biggest one ever built,

הגדול ביותר שאי פעם נבנה,

the Large Hadron Collider, or LHC,

מאיץ ההדרונים הגדול, או LHC,

is a ring with a circumference of about 18 miles.

הוא טבעת עם קוטר של בערך 29 קילומטר.

That's more than the entire length of Manhattan.

זה יותר מכל האורך של מנהטן.

So what is an atom smasher?

אז מה הוא מרסק אטומים?

It is a device that collides atomic nuclei together

זה מכשיר שמרסק גרעיני אטומים יחד

at extremely high energy.

באנרגיות עצומות.

The most powerful one scientists have ever built

החזק ביותר שמדענים אי פעם בנו

can heat matter to the hottest temperatures ever achieved,

יכול לחמם חומר לטמפרטורה הכי גבוהה שאי פעם הגיעו אליה,

temperatures last seen at a trillionth of second

טמפרטורות שנראו לאחרונה בטריליונית שנייה

after the universe began.

אחרי תחילת היקום.

Our accelerators are full of engineering superlatives.

המאיצים שלנו מלאים בסופרלטיבים הנדסיים.

The beam-containing region of the LHC is a vacuum,

אזור ההכלה של הקרן של הLHC הוא ואקום

with lower pressure than what surrounds

עם לחץ נמוך יותר ממה שמקיף

the international space station,

את תחנת החלל הבין לאומית,

and is 456 degrees Fahrenheit below zero,

ונמצא ב 253.5 מעלות צלזיוס מתחת לאפס,

colder than the temperature of deepest space.

קר יותר מהטמפרטורות בחלל העמוק.

A previous accelerator sitting in the LHC tunnel

מאיץ קודם ששכן במנהרה של ה LHC

holds the world record for velocity,

מחזיק בשיא של המהירות,

accelerating an electron to a speed so fast

האצה של אלקטרון למהירות כה גבוהה

that if it were to race a photon of light,

שאם היה מתחרה בפוטון של אור,

it would take about 14 minutes for the photon

זה היה לוקח בערך 14 דקות לפוטון

to get a lead of about 10 feet.

להגיע לפער של 3 מטר.

If that doesn't impress you,

אם זה לא מרשים אתכם,

remember the photon is fastest thing in the universe,

זיכרו שהפוטון הוא הדבר המהיר ביותר ביקום,

it goes about 186,000 miles per second.

הוא נע במהירות של בערך 300,000 קילומטרים בשניה.

So how do these subatomic particle accelerators work?

אז איך מאיצי החלקיקים התת אטומיים האלה עובדים?

Well, they use electric fields.

ובכן, הם משתמשים בשדות חשמליים.

Electric fields make charged particles move in the same way

שדות חשמליים גורמים לחלקיקים טעונים לנוע באותה דרך

that gravity will pull a dropped baseball.

שהכבידה תמשוך כדור בייסבול שהופל.

The force from the electric field

הכוח מהשדה המגנטי

will pull a particle to make it move.

ימשוך את החלקיק כדי לגרום לו לזוז.

The speed will continue to increase

המהירות תמשיך להתגבר

until the charged particle is moving incredibly fast.

עד שהחלקיק הטעון ינוע במהירות אדירה.

A simple particle accelerator can be made

מאיץ חלקיקים פשוט יכול להבנות

by hooking two parallel metal plates to a battery.

על ידי חיבור שני לוחות מתכת מקבילים לסוללה.

The charge from the battery moves

המטען מהסוללה נע

on to the two metal plates

על שני לוחות המתכת

and makes an electric field that pulls the particle along.

ויוצר שדה חשמלי שמושך את החלקיקים.

And that's it,

וזהו,

you got a particle accelerator.

יש לכם מאיץ חלקיקים.

The problem is that an accelerator built this way is very weak.

הבעיה היא שמאיץ שנבנה כך הוא מאוד חלש.

Building a modern accelerator like the LHC this way

בניית מאיץ מודרני כמו ה LHC בדרך זו

would take over five trillion standard D-cell batteries.

תידרוש יותר מחמישה טריליון סוללות D.

So scientists use much stronger batteries

אז מדענים משתמשים בסוללות חזקות בהרבה

and put them one after another.

ושמים אותן אחת אחרי השניה.

An earlier accelerator used this method

מאיץ מוקדם יותר השתמש בשיטה הזו

and was about a mile long

והיה באורך של כקילומטר וחצי

and was equivalent to 30 billion batteries.

והיה שווה ערך ל 30 מיליארד סוללות.

However, to make an accelerator

עם זאת, כדי ליצור מאיץ

that is equivalent to five trillion batteries

ששווה לחמש טריליון סוללות

would require an accelerator 150 miles long.

יהיה דרוש מאיץ באורך של 240 קילומטר.

Scientists needed another way.

מדענים היו צריכים דרך אחרת.

While electric fields would make a particle go faster,

בזמן ששדות חשמליים יגרמו לחלקיק לנוע מהר יותר,

magnetic fields make them move in a circular path.

שדות מגנטיים גורמים להם בנתיב מעגלי.

If you put an electric field along the circle,

אם אתם שמים שדה חשמלי בתוך המעגל,

you don't need to use miles of electric fields,

אתם לא צריכים להשתמש בקילומטרים של שדות חשמליים,

you can use a single electric field over and over again.

אתם יכולים להשתמש בשדה חשמלי יחיד שוב ושוב.

The beams go around the circle,

הקרניים נעות במעגל,

and each time they gain more energy.

וכל פעם הן צוברות יותר אנרגיה.

So very high-energy accelerators consist of

אז מאיצים של אנרגיה מאוד גבוהה מכילים

a short region with accelerating electric fields,

אזור קצר עם שדות חשמליים מאיצים,

combined with long series of magnets

משולבים עם סדרות ארוכות של מגנטים

that guide the particles in a circle.

שמובילים את החלקיקים במעגל.

The strength of the magnets

הכוח של המגנטים

and the radius of the circular path

והרדיוס של המסלול המעגלי

determines the maximum energy of the beam.

קובעים את מקסימום האנרגיה של הקרן.

Once the beam is zooming along,

ברגע שהקרן חולפת ביעף,

then the real fun begins,

אז הכיף האמיתי מתחיל,

the smashing.

הריסוק.

The reason physicists want to get

הסיבה שפיסיקאים רוצים

those particles moving so fast

להניע את החלקיקים כל כך מהר

is so that they can slam them into one another.

היא שהם יוכלו לרסק אותם אחד בשני.

These collisions can teach us

ההתנגשויות האלו מלמדות אותנו

about the fundamental rules that govern matter,

על החוקים הבסיסים ששולטים בחומר,

but they'd be impossible without the feat of engineering

אבל הם היו בלתי אפשריים בלי ההשג ההנדסי

that is the particle accelerator.

שהוא מאיץ החלקיקים.