대형 충돌체가 입자에 제한된 에너지만 제공할 수 있는 이유는 무엇입니까?

CERN의 대형 강입자 충돌기는 현재 인류에서 가장 높은 에너지 가속기입니다. 이것은 둘레 27km의 원형 가속기로, 작동 시 전력 소비는 200MW에 달하며, 양성자와 음성 양성자 두 개의 빔을 7조 전자 볼트로 가속한 후 정면으로 충돌할 수 있습니다.

대형 강입자 충돌기가 소비하는 에너지와 양성자에 제공되는 에너지는 이미 놀랍습니다. 그러나 몇 가지 한계로 인해 가속기 내부의 입자 에너지는 여전히 내부 입자의 에너지보다 낮습니다. 우주선. 몇 배의 차이. 이는 여러 가지 요인에 기인합니다.

입자를 가속시키는 데 사용되는 에너지가 수백, 수십 개의 입자, 심지어 두 개의 입자에 집중되면 효과는 분명 놀랍습니다. 그러나 입자의 충돌 단면적은 너무 작기 때문에 인간이 이렇게 큰 원을 완성한 후에는 작은 곳에서 충돌을 제어하기가 어렵습니다. 현재 충돌기는 입자 빔의 폭을 나노미터 단위로 제어할 수 있지만 여전히 입자 크기보다 6배 이상 더 큽니다. 더 많은 충돌을 원할 경우 흐름 강도를 높이고 충돌기에서 더 많은 양성자와 반양성자가 가속되도록 허용하면 됩니다. 유럽의 대형 강입자 충돌기의 전력 소비량은 도시의 전력 소비량과 맞먹을 수 있습니다. 더 큰 충돌기를 건설하려면 더 많은 에너지가 필요합니다.

원형 충돌기는 싱크로트론 방사로 인해 에너지를 잃는다는 분명한 단점이 있으며, 손실되는 에너지는 빔 에너지의 4제곱에 비례합니다. 이로 인해 원형 충돌기는 입자의 에너지를 크게 증가시키는 것이 불가능합니다. 싱크로트론 복사의 에너지 손실 문제를 해결하려면 충돌기를 더 똑바로 만들 수 있습니다. 이는 더 큰 둘레를 가진 충돌기를 만들어야 하는 또 다른 이유입니다.

우주선의 입자에도 에너지에는 일정한 한계가 있습니다. 우주는 마이크로파 배경 복사로 가득 차 있습니다. 입자의 에너지가 특정 값을 초과하면 우주 마이크로파 배경의 광자와 상호 작용하여 입자의 에너지가 감소합니다. 이것이 GZK 한계입니다. 인간 충돌체는 현재 입자 에너지가 이 한계에 도달하도록 허용할 여유가 없습니다.