Veliki hadronski sudarač (LHC)
Izvor: CERN

Veliki hadronski sudarač (LHC) najveći je i najsnažniji akcelerator čestica na svijetu. Prvi put je započeo 10. rujna 2008. i ostaje najnoviji dodatak CERN-ovom kompleksu akceleratora. LHC se sastoji od 27-kilometarskog prstena superprovodnih magneta s brojnim ubrzavajućim strukturama za povećanje energije čestica na putu.

Fizičari se nadaju da će LHC pomoći u rješavanju većine temeljnih pitanja fizike: pitanja u vezi osnovnih zakona međudjelovanja i sila između elemantarnih tijela, strukture vremena i prostora, posebice u vezi križanja kvantne mehanike i opće relativnosti gdje su trenutačne teorije i potpuno znanje nerazumljive i neslagajuće.

Ova pitanja uključuju:

  1. Je li Higgsov mehanizam za stvaranje masa elemantarnih čestica električki slabim slomom simetrije zbilja ostvaren u prirodi? Očekuje se da će sudarivač dokazati ili isključiti postojanje Higgsova bozona, te tako dopuniti ili u potpunosti oboriti Standardni model.
  2. Je li supersimetrija produžetak standardnog modela i Poincaréove simetrije, ostvarena u prirodi te time pokazuje da sve poznate čestice imaju simetričnog superpartnera?
  3. Postoje li dodatne dimenzije kako predviđaju različiti modeli nadahnuti teorijom struna, i možemo li ih očitati?
  4. Koje su svojstva tamne tvari koja čini 23% Svemira?
LS1, LHC
(Slika: Anna Pantelia/CERN)

Unutar akceleratora, dva visokoenergetska snopa čestica putuju blizu brzine svjetlosti prije nego što su napravljeni da se sudaraju. Zrakee putuju u suprotnim smjerovima u odvojenim cjevovodima – dvije cijevi koje se drže u visokom vakuumu. One se vode oko prstena akceleratora jakim magnetskim poljem koje održavaju supravodljivi elektromagneti. Elektromagneti su izgrađeni od svitaka posebnog električnog kabela koji radi u supravodljivom stanju, učinkovito provodeći struju bez otpora ili gubitka energije. To zahtijeva hlađenje magneta do -271,3 ° C – temperature hladnije od vanjskog svemira. Zbog toga je veći dio akceleratora povezan s distribucijskim sustavom tekućeg helija, koji hladi magnete, kao i na druge usluge opskrbe.

Zamjena jednog od LHC-ovih dipolnih magneta (Slika: Maximilien Brice / CERN)
Zamjena jednog od LHC-ovih dipolnih magneta (Slika: Maximilien Brice / CERN)

Tisuće magneta različitih sorti i veličina koriste se za usmjeravanje zraka oko akceleratora. To su 1232 dipolna magneta duljine 15 metara koji savijaju grede i 392 kvadrupolna magneta, duljine 5–7 metara, koji usmjeravaju zrake. Neposredno prije sudara, druga vrsta magneta se koristi za “stiskanje” čestica kako bi se povećale šanse sudara. Čestice su tako sićušne da je zadatak da ih se sudaraju sličan ispaljivanju dviju iglica udaljenih 10 kilometara s takvom preciznošću da se susreću na pola puta.

Sve kontrole za akcelerator, njegove usluge i tehničku infrastrukturu nalaze se pod jednim krovom u Centru za upravljanje CERN-om. Odavde, zrake unutar LHC-a su napravljene tako da se sudaraju na četiri mjesta oko prstena akceleratora, što odgovara položajima četiriju detektora čestica – ATLAS, CMS, ALICE i LHCb.

Evolucija svemira nakon velikog praska
Evolucija svemira nakon velikog praska
(Izvor: CERN)

Međutim, sudarač je samo jedan od tri bitna dijela LHC projekta. Druga dva su:

  • Detektori : svaki od četiri glavna detektora smještena su u velikim komorama oko LHC prstena da bi detektirao posljedice sudara čestica. ATLAS, ALICE, CMS i LHCb.
  • Svjetska LHC računalna mreža (WLCG) – Globalna mreža računala i softvera koja je ključna za obradu masa podataka snimljenih svim LHC detektorima.

Ukupni trošak izgradnje LHC-a iznosio je oko 3,74 milijarde funti, sastavljen od tri glavne komponente:

  • Ubrzivač (3 milijarde funti)
  • Eksperimenti (728 milijuna funti)

  • Računala (17 milijuna funti)

Ukupne troškove dijelili su uglavnom 20 država članica CERN-a, uz značajan doprinos šest zemalja promatrača.

Projekt LHC-a uključivao je 111 zemalja u projektiranju, izgradnji i testiranju opreme i softvera, a sada nastavlja s sudjelovanjem u eksperimentima i analizi podataka. Stupanj uključenosti varira od zemlje do zemlje, a neki mogu doprinijeti više financijskih i ljudskih resursa od drugih.

Rekordna kolizija čestica
Rekordna kolizija čestica Izvor: CERN

Zemlje članice

Danas CERN ima 23 zemlje članice: Austrija, Belgija, Bugarska, Češka, Danska, Finska, Francuska, Njemačka, Grčka, Mađarska, Izrael, Italija, Nizozemska, Norveška, Poljska, Portugal, Rumunjska, Srbija, Slovačka, Španjolska, Švedska, Švicarska i Ujedinjeno Kraljevstvo.

Cipar i Slovenija su pridružene države članice u pred-fazi članstva. Indija, Litva, Pakistan, Turska i Ukrajina su pridružene države članice.

Europska unija, Japan, JINR, Ruska Federacija, UNESCO i Sjedinjene Američke Države trenutno imaju status promatrača.

Zemlje koje nisu članice i imaju sporazume o suradnji s CERN-om su Albanija, Alžir, Argentina, Armenija, Australija, Azerbejdžan, Bangladeš, Bjelorusija, Bolivija, Brazil, Kanada, Čile, Kina, Kolumbija, Kostarika, Hrvatska, Ekvador, Egipat, Estonija , Sjeverna Makedonija, Gruzija, Island, Iran, Jordan, Koreja, Malta, Meksiko, Mongolija, Crna Gora, Maroko, Novi Zeland, Peru, Saudijska Arabija, Južna Afrika, Ujedinjeni Arapski Emirati i Vijetnam.