Големият адронен колайдер е най-големият и най-мощен ускорител на частици в света. Стопанин е CERN – Европейската организация за ядрени изследвания.
Пръстенът е на границата между Франция и Швейцария, близо до Женева. Лежи в тунел на около 100 метра под земята – в различните си участъци между 50 и 175 метра.
Тунел с история
Тунелът не е копан специално за Големия адронен колайдер. Първо там е работил LEP, колайдер на електрони и позитрони. Тунелът е изграден между 1983 и 1988 г., облицован с бетон и широк 3,8 метра. Същата окръжност вече е готова, когато CERN строи новата машина. Така организацията спестява огромни разходи и не се налага да купува земя на повърхността, а скалата отгоре служи и като естествен щит срещу фоновата радиация.
Дълбочината не е еднаква нарочно. Пръстенът е наклонен, за да минава възможно най-малко под планината Юра. Тунелът пресича френско-швейцарската граница на четири места, като по-голямата му част е във Франция.
Строежът на колайдера продължава от 1998 до 2008 г. В него участват над 10 000 учени и стотици университети и лаборатории от повече от 100 държави.
Магнити, по-студени от космоса
Вътре има над 9000 свръхпроводящи магнита. Свръхпроводникът е материал, който при много ниска температура пропуска ток без електрическо съпротивление и затова позволява създаването на силно магнитно поле.
Магнитите трябва да бъдат свръхстудени: охлаждат се до 1,9 келвина, тоест −271 градуса – по-студено от открития космос. За това работи най-голямата криогенна система в света. Криогениката е техниката на свръхниските температури. За охлаждането са нужни около 96 тона свръхфлуиден хелий.
Двата снопа протони се движат в противоположни посоки, почти със скоростта на светлината, и се сблъскват. Най-трудни за създаване и експлоатация са диполите, които огъват пътя им. Те са 1232, всеки с маса около 35 тона. Полето им е около 100 000 пъти по-силно от земното. Още 392 квадруполни магнита фокусират снопа, за да не се разпилее.
Почти със скоростта на светлината
При енергия 6,5 TeV на протон частиците се движат само с около 3 метра в секунда по-бавно от светлината. Те обикалят 27-километровия пръстен 11 245 пъти в секунда.
Протоните не се движат като непрекъснат лъч, а на пакети. Всеки пакет съдържа около 115 милиарда протона, а сблъсъците в четирите точки на пресичане стават през интервали от 25 наносекунди. Около тези точки са разположени детекторите, сред които гигантите ATLAS и CMS.
Освен протони колайдерът може да сблъсква и тежки йони, например ядра на олово. Преди да стигнат до големия пръстен, протоните минават през верига по-малки ускорители, всеки от които им дава още енергия.
Трудният старт и голямото откритие
Първият сноп обикаля пръстена на 10 септември 2008 г. Само девет дни по-късно повредена електрическа връзка между два магнита предизвиква авария. Изтичат около шест тона течен хелий, а разширяващият се газ поврежда 53 свръхпроводящи магнита. Ремонтът отнема повече от година и машината заработва отново през ноември 2009 г.
На 30 март 2010 г. LHC сблъсква протони при обща енергия 7 TeV – световен рекорд за времето си.
На 4 юли 2012 г. екипите на ATLAS и CMS обявяват откриването на нова частица с маса около 125 GeV, която съответства на бозона на Хигс. Тази частица е предсказана още през 1964 г., когато няколко групи теоретици, сред които Франсоа Англер с Робер Бру и независимо от тях Питър Хигс, публикуват идеята за поле, което придава маса на частиците. Бозонът е последното липсващо парче от Стандартния модел на физиката на елементарните частици. През 2013 г. Франсоа Англер и Питър Хигс получават Нобелова награда за физика за теоретичното ѝ предсказване.
След няколко спирания за модернизация колайдерът достига 6,8 TeV на сноп през 2022 г., или общо 13,6 TeV при сблъсък.
Колко голям е пръстенът
Обиколката от 27 километра е колкото около 257 футболни игрища, наредени едно след друго – само че пръстенът е скрит под границата. По време на работа обектът на CERN консумира около 200 мегавата електроенергия, приблизително една трета от потреблението на град Женева. Всеки ден на работа генерира огромни количества данни, които се обработват в световна изчислителна мрежа от над 170 центъра в повече от 40 държави.
От повърхността LHC изглежда като обикновена земя край Женева, а под нея работи машина, която проверява най-основните въпроси на физиката. Колайдерът е доказателство, че най-големите научни инструменти могат да бъдат почти невидими за окото – и въпреки това да променят разбирането ни за материята. Откриването на бозона на Хигс е само началото на това, което 27-километровият пръстен още може да покаже.
Източници: The Large Hadron Collider – CERN, Large Hadron Collider – Wikipedia