大型ハドロン衝突型加速器を単に世界最大の機械、または世界で最も強力な粒子加速器と呼ぶのは、平凡で控えめな表現に従事することになります。名目上、円周 27 キロメートルの地下リングであるコライダーは、反対方向に陽子の束を光速の 100 万分の 1 パーセント以内に加速する任務を負っています。
私は 2012 年に理論物理学者としてそこで仕事を始めました。10 年以上前に ニューヨーク タイムズ でアラン ライトマンが述べたような仲間の理論物理学者との交流を楽しみたいと思っていました。 :「素晴らしい人々が仕事をしているのを見て、彼らの心が私の目の前で飛躍するのを見る爽快感 - 作家の陰気な知性ではなく、即時の精神的敏捷性、棒高跳び、宙返り、氷上でのトリプルアクセル。」
しかし、到着して間もなく、私はまったく別の光景に魅了されました。コライダーの陽子ビームの安定性を確保する任務を負ったラルフ・スタインハーゲンのような、コライダーで作業する実験者の芸術性と巧妙さです。地球最大の実験と呼ばれる奇妙で甲高いクジラの歌を録音したのは彼でした。
スタインハーゲン自身が特徴的なサウンドを持っています。彼が自分の仕事の複雑さについて話しているとき、めまいがするような興奮がときどき彼のスピーチを中断します。たとえば、熟練したルシアーが自分たちの技術を詳しく説明しているのを聞くのと同じかもしれません。しかし、スタインハーゲンの媒体は、調和のとれた細かくバランスのとれた楽器へと巧妙に組み合わされた木材のカットではなく、時間と空間で正確に調整された電磁場であり、陽子ビームをリングの周りの形に彫刻します。
水素ガスのキャニスター内のささやかな始まりから、付随する電子を剥ぎ取り、一連の小さな加速器に向けられた陽子のバッチ (長さ約 30 センチメートル、厚さ数百マイクロメートル) は、準備が整うまで段階的にエネルギーを拾います。コライダーリングに注入されます。しかし、これらの荷電粒子をコライダーの実験に必要な速度に近づけるのに十分な距離にわたって、十分に強い一定の電場を作り出すことは不可能です。代わりに、コライダーは、リングの周りに規則的に配置された、反対方向に進むビームごとに 8 つのいわゆる無線周波数空洞を使用します。それらの内部では、電場が前後に振動し、非常に高い (無線) 周波数で共鳴します。
リングの内側に入ると、電場が陽子の運動と同じ方向を向いているように、陽子束はナノ秒の完全なタイミングでジャグリング動作で特定の空洞を通過します。これにより、交流電場が再びピークに達したときに次のキャビティに到達するように、正確に調整されたインクリメントによってそれらがより速く推進されます。これらの陽子束は、前方に打ち寄せる一連の波を石のように飛ばすことで、最終的にリングの周りを毎秒約 11,000 回移動するのに十分なエネルギーを獲得し、これまでに作られた中で最も強力な双極子磁石によって円を描くように操縦されます。
各バンチは、リングの周りを繰り返し叩かれるにつれてエネルギーを拾い上げ、独自の「ウェイク」を作り始めます。これは、すぐ後ろに続く陽子バンチを不安定にする可能性のある電場と磁場です。これらにより、ビームを形成する陽子束がドリフトして、その経路に垂直な方向にうねる可能性があります。スタインハーゲンと彼のチームは、陽子束がリングの周りを一周する際に人間の髪の毛の幅の領域に焦点を合わせ続けることで、これが起こらないようにしました.これらの横方向のうねりの振幅が数マイクロメートルのしきい値を超えると、この絶妙なタイミングのジャグリング動作は完全に崩壊し、陽子がいたるところにこぼれ、掃除機の砂のようにコライダーの周りにカスケードして散乱し、それらを役に立たなくします。
スタインハーゲンと彼のチームによって磁場が正確に集束された、四重極および八重極として知られる特別な集束磁石のアレイを使用することにより、陽子束は穏やかかつ定期的に形状に戻されます。
これは、マシン内の空気のような音楽が生成される場所です。 Steinhagen はかつて、上司を説得して、これらのうねりを記録するために蝸牛の非常に高ゲインな電子アナログを構築させた方法を生意気に語ってくれました。音声化すると、突然変異した水生哺乳類の音のように聞こえ、ブライアン・イーノの作曲にカメオ出演します:
スタインハーゲンがこの「信じられないほどの技術」と呼んでいるものから、「宇宙の驚異を発見し、よりよく理解する」ために使用されるものから、ある種の魅惑的で面白い、そして遊び心のあるものが出現する可能性があることを知って心強い.
Subodh Patil はジュネーブ大学で初期宇宙論に取り組んでいる理論物理学者です。彼は時々 @_subodhpatil でツイートしています。
先頭の写真は、Flickr の Jason Farrar の厚意によるものです。
