מאיץ חלקיקים

המונח היווני "אטום", או ליתר דיוק "א-טום", פירושו: בלתי ניתן לחיתוך. כלומר החלקיק הקטן ביותר שאפשר להגיע אליו. כמובן שהיום המונח מתייחס לחלקיק קטן בהרבה ממה שהיוונים חלמו עליו, אבל היום אנו גם יודעים שהאטום הוא בהחלט לא הכי קטן. כבר בערך 100 שנים ידוע לנו שהאטום מורכב מאלקטרונים, פרוטונים ונייטרונים, ובשנים האחרונות מתגלה עוד ועוד מידע על חלקיקי היסוד כמו קוורקים (quarksׂ), לפטונים (leptons), בוזונים (bosons) ואחרים.

ואולם, אותם חלקיקי יסוד זעירים, הם מושא קשה ביותר למחקר. הסיבה העיקרית היא שכמעט אין להם קיום עצמי, מחוץ לחלקיקים הגדולים יותר. הדרך היחידה להגיע אליהם, היא לבקע את חלקיקי האטום. זה בדיוק מה שעושים במאיץ החלקיקים הענקי: לוקחים חלקיקי יסוד, במקרה הזה בעיקר פרוטונים, טוענים אותם באנרגיה עצומה ומשגרים אותם אל מנהרה. שם באמצעות מגנטים רבי עוצמה וטמפרטורה קרובה לאפס המוחלט (273º-), מכוונים אותם לקרן שאפשר לשלוט בה. את הקרן הזו מפגישים עם קרן דומה, שהפרוטונים שבה טסים בכיוון ההפוך. ההתנגשות - במהירות אדירה - מרסקת את הפרוטונים ומרכיביהם ניתזים לכל עבר.

עד כאן, החלק הקל. לאחר ההתנגשות, החלקיקים שנוצרים מתפוגגים כעבור שברירי שניות. כדי לאתר אותם בפרק הזמן הקצרצר של קיומם, דרוש מערך עצום של גלאים שיתעד את תוצרי ההתנגשות. אבל לא די בכך. בכל מפגש כזה של אלומות פרוטונים, נוצרות מיליוני התנגשויות. הגלאי חייב לבחור התנגשויות מסויימות, שעשויות להניב את החלקיקים הרצויים, ולהתמקד בהן. זו הגדולה של הגלאי הישראלי, אטלס, המרכיב העיקרי של אחד ממערכי הניסויים במאיץ. כל המערכת הזאת מלווה כמובן במערך מיחשוב אדיר, שנועד לכוון את פעילות הגלאים ולאסוף את ממצאיהם.

אז בשביל מה זה טוב? קודם כל, בשביל התיאוריה. מדענים מחפשים כל העת הבנה טובה יותר של היקום, לא תמיד עם סיבה נראית לעין. כשאיינשטיין פרסם את תורת היחסות, לפני פחות ממאה שנה, הוא לא העלה על דעתו שתקשורת הלוויינים כולה תהיה חסרת תועלת בלי תיקוני הכיוון המבוססים על הנוסחאות שפיתח. פענוח מבנה החומר עשוי לסייע לנו להבין תופעות רבות בטבע, מהתנהגות של חומרים מסויימים ועד התפשטות היקום, מידע שבוודאי יהיו לו גם שימושים רבים בבוא העת.

ואיך כל זה קשור למפץ הגדול? על-פי מיטב התיאוריות שבידינו, היקום כולו התחיל בפיצוץ אדיר לפני 13.7 מיליארד שנים. בפיצוץ הזה הפכה האנרגיה למסה (שוב, על-פי תיאוריה של איינשטיין מיודענו), ונוצר כל החומר שביקום. תחילה חלקיקי היסוד, אחר כך החלקיקים הגדולים יותר, בהמשך האטומים הפשוטים כמו מימן והליום, ובסוף האטומים הכבדים יותר. כל התהליך נמשך כמה חלקי שניות. בשיאו של הניסוי במאיץ החלקיקים ייטענו הפרוטונים באנרגיה כה רבה, עד שהם יטוסו במהירות הקרובה למהירות האור (300,000 קילומטרים בשנייה, בקירוב). התנגשויות בתנאים האלה אמורות לגרום פיצוץ דומה מבחינה פיסיקלית למפץ הגדול (רק קטן הרבה יותר, כמובן), ובו יווצרו אותם חלקיקים בראשיתיים שמהם נוצר כהרף עין כל החומר ביקום.