شتاب‌دهنده‌ی ذرات چیکار می‌کنه؟

حتماً دیدی یه آهنربا سنجاق رو از یه فاصله‌ی کوتاه می‌کشه سمت خودش، بدون این‌که بهش دست بزنه. شتاب‌دهنده هم ذره‌هایی رو که بار الکتریکی دارن همین‌جوری از دور هل می‌ده و می‌چرخونه، چون ذره‌ای به این ریزی رو نمی‌شه با دست گرفت.

این کار بین دو تا نیرو تقسیم می‌شه. میدان الکتریکی ذره رو هل می‌ده و تندترش می‌کنه. آهنربا مسیرش رو خم می‌کنه و ذره‌ها رو کنار هم نگه می‌داره تا پخش نشن.

با همین دو تا نیرو دو جور شتاب‌دهنده می‌شه ساخت. توی شتاب‌دهنده‌ی خطی، ذره‌ها یه مسیر صاف رو طی می‌کنن. توی شتاب‌دهنده‌ی حلقه‌ای، آهنرباها مسیر رو اون‌قدر خم می‌کنن که ذره‌ها برمی‌گردن سر جای اولشون و بارها دور می‌زنن. اولین شتاب‌دهنده‌ها نزدیک صد سال پیش ساخته شدن.

حالا ببین ذره توی حلقه چطور تند می‌شه. ذره‌ها تک‌تک حرکت نمی‌کنن؛ دسته‌دسته و فشرده میان. سر راهشون چند تا محفظه‌ی فلزی هست که با موج رادیویی تنظیم شدن. هر بار که یه دسته از این محفظه‌ها رد می‌شه، از موج انرژی می‌گیره و تندتر می‌شه. مثل تاب که اگه هر بار درست سر موقع هلش بدی، بالاتر و بالاتر می‌ره.

ولی این کار یه گیر داره. ذره‌ی پرانرژی‌تر برای این‌که توی حلقه بمونه و خم بشه، آهنربای قوی‌تری لازم داره. یه دسته از آهنرباها مسیر رو دور حلقه خم می‌کنن و یه دسته‌ی دیگه مثل عدسی ذره‌ها رو نزدیک هم نگه می‌دارن.

گیر دیگه‌اش هواست، چون ذره‌ها مدام به ذره‌های هوا می‌خورن. برای همین ذره‌ها توی لوله‌ای حرکت می‌کنن که تقریباً هیچ هوایی توش نمونده. توی حلقه‌ی بزرگ سرن، فشار داخل لوله ده میلیون میلیون بار کمتر از فشار هوا کنار دریاست.

بزرگ‌ترین مثالش توی سرنه، به اسم برخورددهنده‌ی بزرگ هادرونی: یه حلقه توی تونلی صد متر زیر زمین. اون‌جا پروتون‌ها رو، که از ذره‌های سازنده‌ی اتم‌ان، تا نزدیکی سرعت نور تند می‌کنن. هر پروتون توی هر ثانیه بیش از یازده هزار بار دور حلقه می‌چرخه.

این‌همه سرعت برای چیه؟ برای کوبیدن. اگه انرژی ذره‌ها موقع برخورد به اندازه‌ی کافی زیاد باشه، از همین انرژی ماده‌ی تازه ساخته می‌شه. هرچی انرژی بیشتر، ذره‌ی سنگین‌تری می‌شه ساخت. یعنی دقیقاً همین سرعت، مصالح ساختنه.

حالا اگه ذره رو به یه هدف ساکن بکوبی، هدف پس زده می‌شه و یه تیکه از انرژی صرف همین پس رفتن می‌شه. برای همین دو تا دسته ذره رو از روبه‌رو به هم می‌کوبن تا انرژی بیشتری برای ساختن ذره‌ی تازه بمونه.

بوزون هیگز رو همین‌جوری پیدا کردن. هیگز ذره‌ای نیست که جایی نشسته باشه و بشه رفت سراغش؛ باید توی برخورد ساخته بشه. تازه از هر یک میلیارد برخورد، فقط حدود یکی هیگز می‌سازه.

بیشتر شتاب‌دهنده‌های دنیا نه توی آزمایشگاه فیزیک، که توی بیمارستان‌ها و کارخونه‌ها کار می‌کنن. توی بیمارستان یا سرطان رو درمان می‌کنن، یا مواد پرتوزای دارویی می‌سازن.

دستگاه پرتودرمانی بیمارستان یه شتاب‌دهنده‌ی خطیه. با موج‌هایی شبیه موج رادار ذره‌های ریز باردار رو تند می‌کنه و می‌کوبه‌شون به یه هدف فلزی سنگین. از این برخورد پرتو ایکس پرانرژی درمیاد، و دستگاه این پرتو رو هم‌شکل غده‌ی بیمار درمیاره.

پروتون‌درمانی از همین ایده یه جور دیگه استفاده می‌کنه. این‌جا خود پروتون‌ها رو تند می‌کنن و می‌فرستن توی بدن. با کم و زیاد کردن انرژی پروتون‌ها تعیین می‌کنن که دقیقاً کجای بدن بایستن.