气球也可以帮助加速粒子到接近光速！还不买个气球试试？

南黑天家

气球除了装扮让会场呈现一个优美的空间外，现在气球也可以帮助加速粒子到接近光速的速度。气球创新使用为工程师提供了一种获得新专利的方式，塑造粒子加速器的金属心脏。许多粒子加速器使用称为空腔的结构，当粒子一个接一个地通过时，这种结构提供了将粒子加速到越来越高能量所需的“踢”。空腔位于加速器的深处，由含有液氦的壳体冷却，空腔的形状和大小必须恰到好处，才能将粒子推进到所需的能量。

即使这些金属腔体形状上的微小差异，也会使腔体内部产生的电场产生很大差异，从而将粒子推向更高的速度。面对一个特别的空腔，由于它的金属外壳太过变形而无法进入，费米实验室的工程师Mohamed Hassan和Donato Passarelli有了一个想法：如果可以重塑一个空腔而不去除周围的外壳，那会怎么样？于是开始了研究，开发了一种名为气球调谐的创新过程。气球调谐是加速器社区的榜样，我们应该跳出框框思考，而不是总是坚持标准和通用的技术。获得专利的气球调谐过程是一套用于在加速器安装前准备空腔的技术。

大多数加速腔是一系列圆形的中空细胞，看起来像一串巨大金属珠子。在安装任何腔体之前，都会使用一台自动机器对其进行仔细测试和调谐，这种机器可以抓住每个细胞边缘来进行微小而精确的调整：这里稍微推一下，那里稍微伸展一下。这个过程一直持续到腔体被调整，这样一旦腔体在加速器内运行起来，它的形状就可以产生完美的电场来推动带电粒子。但在安装大多数腔体之前，它们还必须安装金属护套，以便腔体可以用液氦冷却到极低的温度。在此之后，对细胞施加力的唯一简单方法是在腔的两端推或拉，而不是分别针对每个细胞。

如果在穿戴护套的过程中或之后空腔变得变形，则在不切断金属护套的情况下，无法应用传统的调谐方法（这是一项费力、耗时的方法）。Hassan和Passarelli在压力测试中，一个旧的测试腔变形后才开始考虑这个方法。压力测试后，研究人员决心找到修复这个洞的方法，并想‘为什么不从内部进入，即使穿着夹克也可以进入？’。由于需要在空腔内施加力而不会刮伤内表面或引入不可接受的污染水平，而使用由橡胶尼龙制成特别设计的气球。泵将每个气球充满空气，直到它施加大约两条压力，这略低于标准汽车轮胎的推荐压力。

但不足以单独重塑空腔单元，该压力可用于影响在室温下对空腔末端施加力时哪个单元变形。气球可以让研究人员挑出一个特定的细胞，要么拉伸它，要么挤压它如果一个特定单元需要拉伸，一个充气的气球在它里面提供一个额外推力。然而，如果一个细胞需要被挤压，一系列的气球可以支持所有其他细胞，因为两端被推在一起。研究团队通过调谐一个没有夹套的空腔来演示这个概念。然后，转向这一过程的畸形空腔，成功地使它恢复到可用状态。