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

핵분열 입자가속기는 어떻게 작동하나요? - 돈 링컨 (Don Lincoln)

Transcriber: Andrea McDonough Reviewer: Bedirhan Cinar

번역: John Chung 검토: 민석 최

One of the grandest scientific tools ever made by mankind

지금까지 인류가 만든 가장 위대한 과학 장비 중 하나는

is called an atom smasher.

입자 가속기입니다.

And I mean literally grand.

그야말로 웅장한 물건이죠.

The biggest one ever built,

지금까지 만들어진 입자 가속기 중 가장 큰 것은

the Large Hadron Collider, or LHC,

LHC라고 불리는 대형 강입자 충돌 가속기인데,

is a ring with a circumference of about 18 miles.

둘레가 28킬로미터나 되는 고리 모양입니다.

That's more than the entire length of Manhattan.

이것은 맨하탄의 전체 길이보다 더 깁니다.

So what is an atom smasher?

그럼 입자 가속기는 무엇일까요?

It is a device that collides atomic nuclei together

그것은 원자핵을 엄청나게 높은 에너지에서 서로 충돌시키는

at extremely high energy.

장치입니다.

The most powerful one scientists have ever built

과학자들이 만든 것 중 가장 강력한 입자 가속기는

can heat matter to the hottest temperatures ever achieved,

역사상 가장 뜨거운 온도로 물체를 가열할 수 있습니다.

temperatures last seen at a trillionth of second

우주가 탄생한 후, 1조분의 1초의 순간에

after the universe began.

마지막으로 나타났던 온도이죠.

Our accelerators are full of engineering superlatives.

우리의 가속 장치는 최고 공학의 집약체입니다.

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

LHC의 빔을 포함하는 구역은 진공 상태인데,

with lower pressure than what surrounds

국제 우주 정거장을 둘러싼 대기압보다

the international space station,

압력이 낮습니다.

and is 456 degrees Fahrenheit below zero,

온도는 화씨 영하 456도로,

colder than the temperature of deepest space.

우주의 제일 깊은 곳보다 차가운 온도입니다.

A previous accelerator sitting in the LHC tunnel

LHC 터널에 있는 이전의 가속기는

holds the world record for velocity,

세상에서 가장 빠른 속도를 기록했습니다.

accelerating an electron to a speed so fast

이 가속기는 전자를 엄청난 속도로 가속하여

that if it were to race a photon of light,

만약에 광자와 달리기 경주를 했다면,

it would take about 14 minutes for the photon

광자가 약10피트를 앞서는데

to get a lead of about 10 feet.

14분이나 걸립니다.

If that doesn't impress you,

이것이 인상적이지 않다면,

remember the photon is fastest thing in the universe,

광자는 초당 약 297,600킬로미터로 달리며

it goes about 186,000 miles per second.

우주에서 가장 빠르다는 것을 기억하세요.

So how do these subatomic particle accelerators work?

그렇다면 원자 구성 입자 가속기는 어떻게 작동할까요?

Well, they use electric fields.

여기에는 전기장를 사용합니다.

Electric fields make charged particles move in the same way

전기장은 중력이 떨어지는 야구공을 당기는 것과 같은 방법으로

that gravity will pull a dropped baseball.

입자들이 일정한 방향으로 움직이게 합니다.

The force from the electric field

전기장의 힘이

will pull a particle to make it move.

입자를 잡아 당기는 것이죠.

The speed will continue to increase

하전 입자가 엄청난 속도로 움직일 때까지

until the charged particle is moving incredibly fast.

속도는 계속해서 빨라집니다.

A simple particle accelerator can be made

두 금속판을 전지에 연결하면

by hooking two parallel metal plates to a battery.

간단한 가속기가 만들어질 수 있습니다.

The charge from the battery moves

전지가 주는 전기적 에너지가

on to the two metal plates

두개의 금속판을 움직이게 해서

and makes an electric field that pulls the particle along.

입자를 끌어 당기는 전기장을 만듭니다.

And that's it,

이것이 전부입니다.

you got a particle accelerator.

이것이 입자 가속기입니다.

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

하지만 문제는 이런 방식으로 만들어진 가속기는 힘이 매우 약합니다.

Building a modern accelerator like the LHC this way

LHC같은 현대적인 가속기를 이런 방식으로 만들려면

would take over five trillion standard D-cell batteries.

보통의 D형 전지 5조개 이상이 필요합니다.

So scientists use much stronger batteries

그래서 과학자들은 더 강력한 전지를 이용해서

and put them one after another.

서로 연결했습니다.

An earlier accelerator used this method

예전에 이런 방식으로 가속기를 만들었는데,

and was about a mile long

길이가 1.6킬로미터나 되고

and was equivalent to 30 billion batteries.

300억개의 전지에 맞먹었습니다.

However, to make an accelerator

하지만 5조개의 전지에 상응하는

that is equivalent to five trillion batteries

가속기를 만들려면

would require an accelerator 150 miles long.

약 240 킬로미터의 거리가 필요합니다.

Scientists needed another way.

과학자들은 또다른 방법이 필요했습니다.

While electric fields would make a particle go faster,

전기장이 입자를 가속할 때,

magnetic fields make them move in a circular path.

자기장은 입자를 원모양으로 순환시킵니다.

If you put an electric field along the circle,

그 원을 따라 전기장을 만들면

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

그렇게 많은 양의 전기장을 사용할 필요가 없겠죠.

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

왜냐하면 한 개의 자기장을 계속해서 사용할 수 있기 때문이죠.

The beams go around the circle,

빔은 원 모양의 입자 가속기 안을 돌면서

and each time they gain more energy.

전기장을 지나칠 때마다 에너지가 증가됩니다.

So very high-energy accelerators consist of

엄청난 에너지를 만들어 내는 가속기에는

a short region with accelerating electric fields,

원의 중간중간마다 몇 개의 자기장을 놓습니다.

combined with long series of magnets

길게 늘어진 전자석과 연결해서

that guide the particles in a circle.

입자를 원모양으로 순환시키게 합니다.

The strength of the magnets

전자석의 힘과

and the radius of the circular path

순환로의 반경이

determines the maximum energy of the beam.

빔의 최대 에너지를 결정합니다.

Once the beam is zooming along,

진짜 재미는

then the real fun begins,

빔이 엄청난 속도를 낼 때 일어납니다.

the smashing.

바로 충돌이죠.

The reason physicists want to get

물리학자들이 입자를

those particles moving so fast

그렇게 빠른 속도로 움직이려는 것은

is so that they can slam them into one another.

입자들을 서로 충돌시키기 위해서입니다.

These collisions can teach us

이러한 충돌 현상들은 우리한테

about the fundamental rules that govern matter,

물체를 지배하는 기본적인 규칙들을 알려줍니다.

but they'd be impossible without the feat of engineering

하지만 입자 가속기라는 공학의 위업이 없었다면

that is the particle accelerator.

그런 원리들을 아는 것은 불가능했을 것입니다.