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

Transcriber: Andrea McDonough Reviewer: Bedirhan Cinar

翻訳: Takamasa Omata / 小俣貴雅 校正: Tomoyuki Suzuki

One of the grandest scientific tools ever made by mankind

人類によって作られた もっとも壮大な科学的ツールの一つに

is called an atom smasher.

粒子加速器というのが あります

And I mean literally grand.

文字通り壮大です

The biggest one ever built,

過去に建設された中で

the Large Hadron Collider, or LHC,

最も大型なものは 「大型ハドロン衝突型加速器」略称LHCで

is a ring with a circumference of about 18 miles.

全周は約28kmあります

That's more than the entire length of Manhattan.

マンハッタン島の 全長よりも長いです

So what is an atom smasher?

では 粒子加速器とは 何でしょう？

It is a device that collides atomic nuclei together

原子核同士を 極めて高いエネルギーで

at extremely high energy.

衝突させる装置です

The most powerful one scientists have ever built

科学者らが建造した中で 最も強力なものは

can heat matter to the hottest temperatures ever achieved,

物質を未曾有の高温 ―

temperatures last seen at a trillionth of second

誕生して１兆分の１秒後の 宇宙の温度にまで

after the universe began.

熱することができます

Our accelerators are full of engineering superlatives.

現代の加速器は 最新工学技術の結晶です

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

LHCのビームが通過する領域は 真空になっていて

with lower pressure than what surrounds

国際宇宙ステーション周辺の

the international space station,

宇宙空間の圧力よりも 低くなっています

and is 456 degrees Fahrenheit below zero,

温度は－271℃で

colder than the temperature of deepest space.

深宇宙よりも低い温度です

A previous accelerator sitting in the LHC tunnel

以前 LHCの トンネルにあった加速器は

holds the world record for velocity,

速さの世界記録を 保持しています

accelerating an electron to a speed so fast

電子を 非常に 速く加速させます

that if it were to race a photon of light,

もしも 光の粒子と 競争した場合には

it would take about 14 minutes for the photon

光の粒子が 約３mの差をつけるのに

to get a lead of about 10 feet.

約14分もかかるでしょう

If that doesn't impress you,

それで驚かないのなら

remember the photon is fastest thing in the universe,

光の粒子が 宇宙で最も速い ということを思い出してください

it goes about 186,000 miles per second.

１秒間に 約30万kmも進みます

So how do these subatomic particle accelerators work?

では これらの亜原子粒子を 加速させる装置の仕組みとは？

Well, they use electric fields.

電界を利用しています

Electric fields make charged particles move in the same way

重力が野球のボールを 引っ張るのと同じように

that gravity will pull a dropped baseball.

電界は荷電粒子を動かします

The force from the electric field

電界からの力によって

will pull a particle to make it move.

粒子が引っ張られ 動きはじめます

The speed will continue to increase

荷電粒子が 信じられない速さに達するまで

until the charged particle is moving incredibly fast.

加速し続けます

A simple particle accelerator can be made

簡単な粒子加速器であれば

by hooking two parallel metal plates to a battery.

平行に配置した２枚の金属板を 電池につなぐことで 製作可能です

The charge from the battery moves

電池から供給された電荷が

on to the two metal plates

２枚の金属板に移動し

and makes an electric field that pulls the particle along.

電界を発生させ その方向に粒子を引っ張ります

And that's it,

それだけです

you got a particle accelerator.

粒子加速器の完成です

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

問題は こうして作られた加速器は とても非力だ ということです

Building a modern accelerator like the LHC this way

LHCのような現代的な加速器を この方法で作るには

would take over five trillion standard D-cell batteries.

標準の単一電池 ５兆個以上が必要になるでしょう

So scientists use much stronger batteries

だから 科学者らは より強力な電池を

and put them one after another.

ずらっと並べます

An earlier accelerator used this method

初期の加速器は この方式を用いていますが

and was about a mile long

約２kmの長さがあって

and was equivalent to 30 billion batteries.

電池３百億個分に相当します

However, to make an accelerator

しかし ５兆個もの

that is equivalent to five trillion batteries

電池と同等の 加速器を作るには

would require an accelerator 150 miles long.

240kmもの長さの 加速器が必要になるでしょう

Scientists needed another way.

科学者らには 別の方法が必要でした

While electric fields would make a particle go faster,

電界が 粒子を 加速させる一方

magnetic fields make them move in a circular path.

磁界は 粒子を円軌道で 動くようにします

If you put an electric field along the circle,

もし電界を 円周に沿って配置すれば

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

何kmにも及ぶ電界を 使う必要はありません

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

１か所にある電界を 何度も何度も使えます

The beams go around the circle,

ビームは円を描き

and each time they gain more energy.

回るたびに さらにエネルギーを得ます

So very high-energy accelerators consist of

超高エネルギーを発生する加速器は

a short region with accelerating electric fields,

加速させる電界のある 短い領域から成っています

combined with long series of magnets

粒子を円状に運動させるため 長い一連の磁石と

that guide the particles in a circle.

組み合わせた 構造になっています

The strength of the magnets

磁石の強さと

and the radius of the circular path

円軌道の半径によって

determines the maximum energy of the beam.

ビームの 最大エネルギーが 決まります

Once the beam is zooming along,

軌道に沿ったビームが 非常に高速になると

then the real fun begins,

面白いことが始まります

the smashing.

衝突です

The reason physicists want to get

物理学者らが 粒子の速さに

those particles moving so fast

こだわる理由は

is so that they can slam them into one another.

粒子同士を衝突させるためです

These collisions can teach us

これらの衝突によって 私たちは

about the fundamental rules that govern matter,

物質を支配する 基本原理を知ることができますが

but they'd be impossible without the feat of engineering

それは 工学技術の偉業である 粒子加速器が無ければ

that is the particle accelerator.

不可能だったことでしょう