Ακούστε τους περίεργους ήχους που μοιάζουν με φάλαινες του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων
Το να αναφερόμαστε στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων απλώς ως τη μεγαλύτερη μηχανή του κόσμου, ή τον πιο ισχυρό επιταχυντή σωματιδίων στον κόσμο, θα ήταν να εμπλακούμε σε μια πεζή υποτίμηση - ο Επιταχυντής δεν είναι τίποτα λιγότερο από ένα επιστημονικό και μηχανικό θαύμα του κόσμου. Ονομαστικά ένας υπόγειος δακτύλιος περιφέρειας 27 χιλιομέτρων, το Collider έχει την αποστολή να επιταχύνει, σε αντίθετες κατευθύνσεις, δέσμες πρωτονίων σε απόσταση εντός του ενός εκατομμυριοστού του τοις εκατό της ταχύτητας του φωτός.
Ξεκίνησα τη δουλειά μου εκεί ως θεωρητικός φυσικός το 2012, προσδοκώντας να απολαύσω αλληλεπιδράσεις με συναδέλφους θεωρητικούς φυσικούς σαν αυτούς που κάποτε περιέγραψε ο Άλαν Λάιτμαν πριν από μια δεκαετία, στους New York Times :«Η χαρά του να βλέπω λαμπρούς ανθρώπους στη δουλειά, να παρακολουθώ το μυαλό τους να χοροπηδά ακριβώς μπροστά μου—όχι η μυστηριώδης νοημοσύνη των συγγραφέων, αλλά μια άμεση διανοητική ευελιξία, άλματα με κοντάρια και τούμπες και τριπλοί άξονες στον πάγο».
Λίγο μετά την άφιξή μου, ωστόσο, βρήκα τον εαυτό μου αιχμαλωτισμένο από ένα εντελώς διαφορετικό θέαμα:την τέχνη και το δόλο των πειραματιστών που εργάζονταν με τον Επιταχυντή, όπως ο Ralph Steinhagen, ο οποίος είχε την αποστολή να διασφαλίσει τη σταθερότητα της δέσμης πρωτονίων του Collider. Ήταν αυτός που θα ηχογράφησε το παράξενο, υψηλών τόνων τραγούδι των φαλαινών αυτού που κάποιοι θα μπορούσαν να αποκαλούν το μεγαλύτερο πείραμα της Γης.
Ο ίδιος ο Steinhagen έχει έναν χαρακτηριστικό ήχο για αυτόν. Ένας ζαλισμένος ενθουσιασμός περιστασιακά σημειώνει την ομιλία του καθώς συζητά τις περιπλοκές της δουλειάς του. Μπορεί να μην είναι τόσο διαφορετικό από το να ακούς, ας πούμε, έναν δάσκαλο Luthier να περιγράφει λεπτομερώς την τέχνη του. Ωστόσο, αντί να συνδυάζει αλληλένδετα κομμάτια ξύλου σε ένα αναλογικό και καλά ισορροπημένο όργανο, το μέσο του Steinhagen είναι το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, βαθμονομημένο με ακρίβεια στο χρόνο και στο χώρο για να σμιλεύει τη δέσμη πρωτονίων σε μορφή γύρω από το δαχτυλίδι, σαν αόρατα χέρια που ρίχνουν στον τροχό του αγγειοπλάστη.
Από την ταπεινή τους αρχή σε ένα δοχείο αερίου υδρογόνου, αφαιρέθηκαν από τα συνοδευτικά ηλεκτρόνια τους και κατευθύνθηκαν μέσω μιας σειράς μικρότερων επιταχυντών, παρτίδες πρωτονίων (μήκους περίπου 30 εκατοστών και πάχους μερικές εκατοντάδες μικρόμετρα) συλλέγουν ενέργεια σταδιακά μέχρι να είναι έτοιμα να να εγχυθεί στον δακτύλιο Collider. Είναι αδύνατο, ωστόσο, να δημιουργηθεί ένα σταθερό ηλεκτρικό πεδίο αρκετά ισχυρό, σε αρκετή απόσταση, ώστε να φτάσει αυτά τα φορτισμένα σωματίδια οπουδήποτε κοντά στην ταχύτητα που απαιτείται για τα πειράματα του Collider. Αντίθετα, το Collider χρησιμοποιεί τις λεγόμενες κοιλότητες ραδιοσυχνοτήτων, οκτώ από αυτές για κάθε δέσμη που πηγαίνει σε αντίθετες κατευθύνσεις, σε τακτική απόσταση γύρω από τον δακτύλιο. Μέσα σε αυτά, ένα ηλεκτρικό πεδίο ταλαντώνεται εμπρός και πίσω, αντηχώντας σε πολύ υψηλές (ραδιοφωνικές) συχνότητες.
Μόλις μπουν στο δαχτυλίδι, οι δέσμες πρωτονίων περνούν, σε μια πράξη ταχυδακτυλουργίας που χρονίζεται στην τελειότητα νανοδευτερόλεπτο, μέσα από μια συγκεκριμένη κοιλότητα, ακριβώς τη στιγμή που το ηλεκτρικό πεδίο δείχνει προς την ίδια κατεύθυνση με την κίνηση των πρωτονίων. Αυτό τους ωθεί γρηγορότερα με μια αύξηση βαθμονομημένη ακριβώς έτσι ώστε να φτάνουν στην επόμενη κοιλότητα ακριβώς καθώς το εναλλασσόμενο ηλεκτρικό πεδίο κορυφώνεται ξανά. Παρακάμπτοντας σαν πέτρες πάνω από μια ακολουθία κυμάτων που συντρίβονται προς τα εμπρός, αυτές οι δέσμες πρωτονίων συλλέγουν τελικά αρκετή ενέργεια για να περιφέρονται γύρω από το δαχτυλίδι περίπου 11.000 φορές το δευτερόλεπτο, οδηγούμενοι σε κύκλο από μερικούς από τους πιο ισχυρούς διπολικούς μαγνήτες που έχουν κατασκευαστεί ποτέ.
Κάθε μάτσο μαζεύει ενέργεια καθώς χτυπιέται επανειλημμένα γύρω από το δαχτυλίδι και αρχίζει να δημιουργεί το δικό του «ξύπνημα» - ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία που μπορούν να αποσταθεροποιήσουν τις δέσμες πρωτονίων που ακολουθούν αμέσως πίσω. Αυτά μπορεί να αναγκάσουν τις δέσμες πρωτονίων που σχηματίζουν τη δέσμη να απομακρύνονται και να κυματίζουν σε κατευθύνσεις κάθετες στη διαδρομή τους. Διατηρώντας τα τσαμπιά πρωτονίων εστιασμένα σε μια περιοχή περίπου στο πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας καθώς κυκλώνουν γύρω από το δαχτυλίδι, ο Steinhagen και η ομάδα του φρόντισαν να μην συμβεί αυτό. Εάν το πλάτος αυτών των εγκάρσιων κυματισμών ξεπεράσει ένα όριο μερικών μικρομέτρων, αυτή η εξαιρετικά χρονισμένη ταχυδακτυλουργική πράξη καταρρέει εντελώς, χύνοντας πρωτόνια παντού και αναγκάζοντάς τα να καταρρεύσουν και να διασκορπιστούν γύρω από τον Επιταχυντή σαν άμμος σε μια ηλεκτρική σκούπα, καθιστώντας τα άχρηστα.
Με τη χρήση συστοιχιών ειδικών μαγνητών εστίασης γνωστών ως τετράπολοι και οκταπόλοι, των οποίων τα πεδία εστιάζονται με ακρίβεια από τον Steinhagen και την ομάδα του, οι δέσμες πρωτονίων ωθούνται απαλά και περιοδικά ξανά σε σχήμα.
Εδώ παράγεται η αιθέρια μουσική μέσα στο μηχάνημα. Κάποτε ο Steinhagen μου διηγήθηκε ευθαρσώς πώς κατάφερε να πείσει το αφεντικό του να τον αφήσει να κατασκευάσει ένα εξαιρετικά υψηλό, ηλεκτρονικό ανάλογο ενός κοχλία για να καταγράψει αυτούς τους κυματισμούς - οι συχνότητές τους τυχαίνει να εμπίπτουν στο εύρος της ανθρώπινης ακοής. Κατά την ηχοποίηση, ακούγονται κάτι σαν μεταλλαγμένοι ήχοι υδρόβιων θηλαστικών που κάνουν ένα καμέο σε μια σύνθεση του Brian Eno:
Είναι ενθαρρυντικό να γνωρίζουμε ότι από αυτό που ο Steinhagen αποκαλεί αυτό το «απίστευτο κομμάτι τεχνολογίας», που χρησιμοποιείται για την «ανακάλυψη και καλύτερη κατανόηση των θαυμάτων του σύμπαντος», μπορεί να προκύψει κάτι μαγευτικό και διασκεδαστικό -και παιχνιδιάρικο.
Ο Subodh Patil είναι ένας θεωρητικός φυσικός που εργάζεται πάνω στην πρώιμη κοσμολογία του σύμπαντος στο Πανεπιστήμιο της Γενεύης. Κάνει tweet κατά καιρούς στο @_subodhpatil.
Η κύρια φωτογραφία είναι ευγενική προσφορά του Jason Farrar μέσω του Flickr.
