Hva er en syklotron?

Historien til partikkelfysikk er en historie om å søke å finne stadig mindre stoffstykker. Da forskere dypet seg dypt inn i sminkingen av atomet, trengte de å finne en måte å dele det fra hverandre for å se byggesteinene. Disse kalles "elementære partikler". Det krevde mye energi for å dele dem fra hverandre. Det betydde også at forskere måtte komme med nye teknologier for å utføre dette arbeidet.

For det utviklet de syklotronen, en type partikkelakselerator som bruker et konstant magnetfelt for å holde ladede partikler når de beveger seg raskere og raskere i et sirkulært spiralmønster. Etter hvert treffer de et mål, noe som resulterer i sekundære partikler for fysikere å studere. Syklotroner har blitt brukt i fysiske eksperimenter med høy energi i flere tiår, og er også nyttige i medisinsk behandling av kreft og andre tilstander.

Den første syklotronen ble bygget ved University of California, Berkeley, i 1932, av Ernest Lawrence i samarbeid med sin student M. Stanley Livingston. De plasserte store elektromagneter i en sirkel og utviklet deretter en måte å skyte partiklene gjennom syklotronen for å akselerere dem. Dette arbeidet fikk Lawrence Nobelprisen i fysikk fra 1939. Før dette var hovedpartikkelakseleratoren i bruk en lineær partikkelakselerator,

Siden Lawrence arbeidet med syklotronen, har disse testenhetene blitt bygget over hele verden. University of California i Berkeley bygde flere av dem for sitt strålingslaboratorium, og det første europeiske anlegget ble opprettet i Leningrad i Russland ved Radium Institute. En annen ble bygget i de første årene av andre verdenskrig i Heidelberg.

Syklotronen var en stor forbedring i forhold til linak. I motsetning til linak-designen, som krevde en serie magneter og magnetiske felt for å akselerere de ladede partiklene i en rett linje, er fordelen med sirkulæret utformingen var at den ladede partikkelstrømmen ville fortsette å passere gjennom det samme magnetfeltet som ble opprettet av magnetene om og om igjen, og få litt energi hver gang det gjorde så. Etter hvert som partiklene fikk energi, ville de lage større og større løkker rundt syklotronens indre, og fortsette å få mer energi med hver sløyfe. Etter hvert ville løkken være så stor at strålen med høyenergi-elektroner ville passere gjennom vinduet, på hvilket tidspunkt de ville komme inn i bombardementkammeret for studie. I hovedsak kolliderte de med en plate, og som spredte partikler rundt kammeret.

Syklotronen var den første av sykliske partikkelakseleratorer, og den ga en mye mer effektiv måte å akselerere partikler for videre studier.

I dag brukes syklotroner fortsatt til bestemte medisinske forskningsområder, og varierer i størrelse fra omtrent borddesign til bygningsstørrelse og større. En annen type er synkrotron gasspedal, designet på 1950-tallet, og er kraftigere. De største syklotronene er TRIUMF 500 MeV Cyclotron, som fremdeles er i drift ved University of British Columbia i Vancouver, British Columbia, Canada og Superconducting Ring Cyclotron på Riken laboratorium i Japan. Det er 19 meter på tvers. Forskere bruker dem til å studere egenskaper til partikler, av noe som kalles kondensert materiale (der partikler holder seg til hverandre.

Mer moderne partikkelakseleratorutforminger, slik som de som er på plass i Large Hadron Collider, kan langt overgå dette energinivået. Disse såkalte "atomsmaskerne" er blitt bygget for å akselerere partikler til veldig nær lysets hastighet, etterhvert som fysikere søker etter stadig mindre stoffstykker. Letingen etter Higgs Boson er en del av LHCs arbeid i Sveits. Andre akseleratorer finnes på Brookhaven National Laboratory i New York, på Fermilab i Illinois, KEKB i Japan og andre. Dette er svært dyre og komplekse versjoner av syklotronen, alle dedikert til å forstå partiklene som utgjør saken i universet.