Acceleratoarele de particule sunt dispozitive esențiale în cercetarea fizicii particulelor, utilizate pentru a accelera particule subatomice la viteze apropiate de cea a luminii, pentru a studia proprietățile fundamentale ale materiei. Acestea pot fi liniare sau circulare și au aplicații în medicină, industrie și cercetare fundamentală, inclusiv în descoperirea particulelor precum bosonul Higgs. Deși costisitoare și complexe, acceleratoarele contribuie semnificativ la avansarea cunoașterii în științe și tehnologie.

1. Acceleratoarele de particule
elementare

2. Acceleratoarele de particule sunt dispozitive folosite pentru a accelera
particulele subatomice, cum ar fi protonii și electronii, la viteze foarte mari, apropiate de viteza
luminii. Aceste acceleratoare sunt esențiale în cercetarea fizicii particulelor, deoarece permit
studierea proprietăților fundamentale ale materiei și energiei.
Există două tipuri principale de acceleratoare: liniari și circulare. Acceleratoarele liniare
accelerează particulele de-a lungul unei linii drepte, în timp ce cele circulare, cum ar fi Large
Hadron Collider (LHC) de la CERN, le fac să se deplaseze în cercuri.
Funcționarea acceleratoarelor se bazează pe utilizarea câmpurilor electromagnetice pentru a
crește energia particulelor. Aceste câmpuri sunt generate de magneți și structuri de rezonanță
care accelerează particulele în mod gradual sau printr-un proces de "biciuire".
Acceleratoarele de particule au numeroase aplicații practice și științifice, inclusiv
în medicină (radioterapie), industrie (analiza materialelor) și cercetare fundamentală
(descoperirea bosonului Higgs). Ele sunt, de asemenea, instrumente cruciale pentru
investigarea naturii universului, inclusiv studiul interacțiunilor fundamentale și testarea teoriilor
fizicii moderne.
Deși construirea și operarea acestor acceleratoare sunt extrem de costisitoare și complexe,
beneficiile lor în avansarea cunoașterii umane sunt inestimabile.
Rezumat:

3. Introducere
Un accelerator de particule este o instalație complexă folosită în domeniul fizicii de
înaltă energie pentru a accelera particule.
Accelerarea are loc sub acțiunea unor câmpuri electrice și magnetice. Este utilizat la
studiul particulelor elementare. Există o mare varietate de acceleratoare de particule, ele putând fi
clasificate în funcție de forma traiectoriei fascicului de particule accelerate, caracterul câmpurilor
acceleratoare, domeniul de energii imprimate particulelor și în funcție de natura particulelor
accelerate.
Scopul accelerării particulelor este:
Ciocnirea cu alte particule staţionare; ciocnire care rezultă în descompunerea în alte
particule,ele putând fi urmărite şi analizate cu diverse aparate (exemplu: camera cu ceaţă).
Prin această ciocnire s-au descoperit cele mai multe particule subatomice. Se
accelerează particula la viteze tot mai mari pentru a se analiza comportamentul ei. Spre exemplu
electronul accelerat îşi măreşte masa. Obţinerea unui flux extrem de ridicat de radiaţii X intr-o
instalaţie denumită sincrotron.

4. Scopul accelerării particulelor
1. Sinteză (formare) de noi elemente cu ajutorul ionilor grei accelerați.
2. Găsirea celei mai mici particule subatomice, particula care stă la baza Universului.
3. Ciocnirea cu alte particule staționare; ciocnire care rezultă în descompunerea în
alte particule, ele putând fi urmărite și analizate cu diverse aparate (exemplu: camera
cu ceață). Prin această ciocnire s-au descoperit cele mai multe particule subatomice.
4. Se accelerează particula la viteze tot mai mari pentru a se analiza comportamentul
ei. Spre exemplu electronul accelerat își mărește masa.
5. Obținerea unui flux extrem de ridicat de radiații X într-o instalație acceleratoare
denumită sincrotron.
6. Acceleratorul de particule

5. Istoric
La începutul secolului XX, ciclotronii erau denumiți în mod normal
ca ”spărgător de atomi”. În ciuda faptului că ciocnirile de particule moderne,
de fapt, propulsează particulele subatomice – atomii înșiși acum sunt relativ
simplu de scindat fără a utiliza acceleratorul de particule – termenul persistă
în limbajul cotidian când ne referim la acceleratorul de particule în general.
Raze de particule cu energie mare sunt folositoare atât pentru
cercetările fundamentale și aplicate în știinte, cât și în multe domenii tehnice
și industriale fără legatură cu cercetările fundamentale. A fost estimat ca
sunt aproximativ 26.000 de aceeleratoare în întreaga lume. Dintre acestea,
doar ~ 1% reprezinta mașinile de cercetare cu peste 1 GeV, ~44% sunt în
domeniul radioterapiei, ~41% pentru implantarea de ioni, ~9% pentru
procesarea și cercetarea industrială, ~4% pentru cercetări biomedicale și
alte cercetări cu cantități mici de energie.

6. Cum functioneaza un accelerator ?
Principiul de functionare al tuturor acceleratoarelor de particule este
acelasi: particulele sunt accelerate si dirijate cu ajutorul unor campuri
electromagnetice foarte puternice si sunt aduse la viteze apropiate de viteza luminii,
dupa care intre particulele astfel accelerate se produc ciocniri. Fiecare astfel de
ciocnire se numeste un «eveniment».
Scopul fizicienilor este sa izoleze aceste «evenimente» si sa colecteze
datele legate de el, pornind de la care sa incerce sa spuna ce fel de particule au fost
implicate in ciocnire. Majoritatea acceleratoarelor de particule produc ciocniri intre
fascicule de particule; numarul de evenimente care se intampla intr-o secunda este
foarte mare, de ordinul sutelor, miilor sau chiar mai mare.

7. Ceea ce inseamna ca una dintre problemele majore in construirea
unui accelerator este cum vor fi colectate si prelucrate datele legate de
« evenimentele » produse in el. Colectarea datelor revine unor detectori
specializati care « cauta » anumite tipuri de evenimente. Pentru
prelucrarea datelor s-au inventat tot felul de solutii, inclusiv... internetul.
(World Wide Web a fost inventat de Tim Berners Lee si echipa lui
de la CERN, cu scopul de a rezolva tocmai aceasta problema).

8. Cel mai mare accelerator de particule, LHC de la CERN
Acceleratorul LHC de la CERN
Accelerator de particule

9. Primul tip de accelerator de particule
Primul tip de accelerator este cel electrostatic sau direct. El se compune dintr-un
generator de inalta tensiune (continua), o sursa de particule, un tub de accelerare si o
tinta. Aceste parti componente pot fi gasite, cu mici modificari, la toate tipurile de
acceleratoare. Generatorul de inalta tensiune, poate fi o masina electrostatica, un
transformator ridicator de tensiune urmat de un grup de redresori, sau instalatii special
construite, cum ar fi generatorul Van de Graaff sau generatorul de cascada, de tipul
Cocroft-Walton. Tensiunea inalta pe care o furnizeaza generatorul se aplica unor electrozi
ce formeaza un condensator. Unul dintre electrozi contine sursa de particule, iar pe
celalalt se pune tinta formata din nucleele pe care dorim sa le bombardam. In cursul
acelerarii particulele trec printr-un tub vidat, numit tub de accelerare. Tubul este astfel
construit, incat particulele sa formeze un fascicul convergent pe tinta

10. Acceleratorul liniar
Face parte din grupul de acceleratori de rezonanta sau ciclici, deoarece
accelerarea se face prin trecerea repetata a particulelor printr-o zona acceleratoare.
Existenta unui astfel de ciclu va cere, dupa cum se va vedea, respectarea unei conditii de
sincronism. Acceleratorul liniar este construit dintr-o incinta vidata, in care este plasata o
sursa de ioni si o serie de cilindri metalici (tuburi de fuga), asezati unul dupa altul, centrati
si de lungime crescanda. La capatul lor se aseaza tinta ce va fi bombardata. Alimentarea
tuburilor se face de la o sursa de inalta frecventa si inalta tensiune. Accelerarea se
petrece in zona dintre tuburi, iar in interiorul tuburilor particulele se misca liber (inertial).
Conditia de sincronism (de rezonante sau de ciclitate) se pune astfel: pentru a fi
accelerata, particula trebuie sa gaseasca la iesirea din tub un potential accelerator (tubul
sa aiba o polaritate inversa semnului sarcinii acceleratoare).

11. Modelul standard
Modelul standard explica cu foarte putine ingrediente din
ce este facuta lumea si cum stau impreuna toate obiectele
universului, sub actiunea a patru forte fundamentale. Modelul
standard contine 6 tipuri de cuarci si sase tipuri de particule
elementare numite leptoni (una dintre ele este electronul). In plus,
exista particulele purtatoare de interactiuni, cum ar fi fotonul. Tot
ce exista, incepand cu restul de « particule elementare » si
ajungand la atomi si obiecte macroscopice, este compus din
combinatii de cuarci si leptoni.

12. Generatorul Van de Graaff
Este o masina electrostatica prin influenta, care permite producerea a milioane de
volti. El este format dintr-o sfera metalica, goala in interior, de raza R, ce formeaza o
cusca Faraday si care prin intermediul colectorului (B) culege sarcinile de pe banda
transportoare (C). Banda transportoare primeste, la randul ei, sarcina de la un generator
obisnuit, de inalta tensiune (10 – 20 kV), prin intermediul unor varfuri ascutite. Pentru
realizarea transportului, banda se confectioneaza din cauciuc sau un alt material izolant si
este pusa in miscare de catre un motor electric, in sensul indicat in figura, cu viteza
constanta v. Sursa de inalta tensiune se aplica (borna pozitiva) unui sistem de varfuri
ascutite, plasate in fata benzii transportoare, care, pe partea cealalta, are un electrod la
borna negativa. In jurul varfurilor se produce un fenomen de ionizare intens, datorita
campului electric foarte mare ce exista in preajma lor

13. Ciclotronul
 este un tip de accelerator de particule, care accelerează particule cu sarcină
electrică folosind o diferenţă de potenţial alternantă de înaltă frecvenţă. Un câmp
magnetic perpendicular determină particulele să se deplaseze aproape în cerc,
astfel că acestea trec de mai multe ori prin diferenţa de potenţial care le
accelerează.
 Ernest Lawrence, lucrând la Universitatea Brekeley California a inventat ciclotronul
în 1929 şi l-a folosit în experimente în care era nevoie de particule cu energii de
până la 1 MeV.
 Într-un ciclotron, o tensiune alteranativă aplicată între cei doi electrozi "D" atrage şi
respinge alternant particulele încărcate electric. Particulele sunt accelerate doar
când trec prin spaţiul dintre electrozi. Câmpul magnetic perpendicular care trece
vertical prin electrozii D forţează particulele să se deplaseze pe o traiectorie
circulară.

14. Ciclotronul
Particulele se mişcă în cerc, deoarece asupra unui curent de electroni sau
ioni, cu direcţia perpendiculară pe un câmp magnetic, acţionează o forţe
perpendiculară.Particulele încărcate se deplasează liber în vid, astfel că particulele
urmează o traiectorie .
Ciclotronul
CERN – 60 de ani de istorie

15. Cel mai mare accelerator de particule din lume, în funcţiune din 10 septembrie
 Organizaţia europeană pentru cercetări nucleare (CERN) va pune în funcţiune, pe
10 septembrie, Large Hadron Collider (LHC), un accelerator de particule gigantic,
destinat descoperirii secretelor creării Universului, a anunţat, joi, directorul general
al organizaţiei.
 Large Hadron Collider este îngropat la 91 de metri sub Alpi, în regiunea graniţei
franco-elveţiene. Locul în care se află acceleratorul arelungimea de 27 de kilometri
şi înălţimea egală cu cea a unei clădiri de 12 etaje . Dispozitivul a fost realizat
pentru a genera o temperatură de peste trei miliarde de grade Celsius , astfel încât
să poată crea condiţiile existente imediat după Big Bang.
 Mecanismul, a cărui construcţie a început în 2003, va fi pus în funcţiune cu aproape
un an întârziere faţă de calendarul prevăzut.

16.  LHC, care a costat 5,57 de milioane de euro, este necesar pentru a obţine condiţiile
care au existat în primele secunde de după Big Bang, prin unificarea atomilor la
viteze mari.
 În cadrul evenimentului, particulele atomice se vor deplasa în jurul unei serii de
inele, aliniate pe aceeaşi direcţie cu magneţi puternici, care vor accelera particulele
până când acestea vor atinge o viteză apropiată de cea a luminii. Fiecare particulă
se va deplasa în tunelul lung de 27 de kilometri de 11.245 de ori într-o secundă
înainte de a intra în coliziune cu o alta. Temperatura generată de ciocnirile dintre
particule va fi de 100.000 de ori mai mare decât cea din centrul soarelui,
cercetătorii fiind de părere că aceasta va fi suficient de puternică pentru a dezvălui
primele particule care au existat în momentele de după naşterea Universului.
 Cu ajutorul acestui mecanism, cercetătorii speră să găsească bosonul Higgs, o
particulă instabilă numită şi "a lui Dumnezeu", pe care mulţi au studiat-o fără să o fi
văzut vreodată.

17.  De asemenea, specialiştii vor să studieze supersimetria, un concept care permite
explicarea uneia dintre cele mai bizare descoperiri din ultimii ani, aceea că materia
vizibilă nu reprezintă decât 4% din Univers. Materia neagră (23%) şi energia neagră
(73%) împart restul. Cercetătorii de la CERN vor, de asemenea, să studieze
misterele materiei şi anti-materiei.
 Experimentul nu are numai susţinători, ci şi opozanţi. Astfel, un grup de militanţi
pentru protecţia mediului din Hawai au depus o acţiune în justiţie, cerând un ordin
de interdicţie contra specialiştilor CERN. Reclamanţii se tem că experimentul ar
putea genera o gaură neagră care să distrugă viaţa pe Terra.
 "The Large Hadron Collider este ca o maşină a timpului care ne va duce mult înapoi
în perioada Big Bang-ului, prin recrearea condiţiilor care au existat atunci.

18. Cuarci si anti-cuarci
In 1964, Murray Gell-Mann si George Zweig au propus un model nou pentru
fizica subatomica: in loc de sute de particule elementare, niste obiecte si mai mici, dar si
mai stranii, numite cuarci. La baza a tot ceea ce exista, de la stele la oameni, ar fi trei
tipuri de cuarci si anti-particulele corespunzatoare, numite anti-cuarci. De fapt, pentru a
descrie lumea cuarcilor, termenii limbajului obisnuit sunt prost alesi : cuarcii nu sunt
« particule » in acelasi fel in care bilele de biliard, celulele sau moleculele ar putea fi
considerate particule.
In multe dintre teoriile fizicienilor din ultimii 40 de ani, cuarcii sunt mai degraba
asimilabili unor corzi in vibratie care, in miscarea lor, pot produce tot felul de efecte si
intermedia tot felul de interactiuni.

19. Au trebuit cam 30 de ani
pentru ca existenta cuarcilor sa fie pusa
in evidenta prin experimente.
Pentru aceasta a fost nevoie
de acceleratoare de particule din ce in
ce mai puternice.
Cu ele, si cu imensa munca a
mii de fizicienI teoreticieni, cuarcii fac
parte acum din ceea ce numim
“ modelul standard ” al particulelor
elementare.

20. Interiorul unui accelerator

21. Cel mai mare accelerator de particule din lume

22. Interiorul acceleratorul de particule de la CERN
Acceleratorul de particule de la CERN

23. accelerator liniar de particule
accelerator circular de particule
National Synchrotron Light Source II (NSLS II)

24. Acceleratoarele de particule reprezintă una dintre cele mai avansate realizări ale tehnologiei și
științei moderne. Ele ne oferă o fereastră unică către misterele fundamentale ale universului, permițându-ne să
înțelegem mai bine structura materiei și energiile colosale implicate în procesele cosmice. În plus, aplicațiile lor în
medicină și industrie arată că investițiile în cercetarea fundamentală au un impact direct și benefic asupra vieții
cotidiene. Personal, consider că dezvoltarea continuă a acestor tehnologii este esențială pentru progresul
științific și tehnologic al umanității, deschizând noi orizonturi pentru descoperiri și inovații.
Concluzie:

25. Bibliografie
 https://ro.wikipedia.org/wiki/Accelerator_de_par
ticule
 https://liceal.lniarad.ro/pics/pdfprof/alina/27-05-
2020_Fizica_-_prof._Alina_Costea_-
_Clasele_a_XII-a_-
_Acceleratoare_de_particule.pdf
 https://phys.ubbcluj.ro/~grigore.damian/cursuri/f
n/curs12.pdf
 https://www.fizichim.ro/docs/fizica/clasa12/cap
itolul5-fizica-nucleara/V-6-acceleratoarele-de-
particule/V-6-1-acceleratoarele-de-particule-
generalitati/
 https://www.stiintaonline.ro/acceleratorul-de-
particule-constructie-si-functionare/
 https://publimix.ro/blog/caleidoscop/2008-
accelertorul-LHC-Geneva
 https://www2.spacescience.ro/?p=3773