Large Hadron Collider

Large Hadron Collider (LHC), verdens mest kraftfulde partikelaccelerator. LHC blev bygget af den europæiske organisation for nuklear forskning (CERN) i den samme 27 km lange tunnel som den store elektron- og positroncollider (LEP). Tunnelen er cirkulær og ligger 50-175 meter under jorden på grænsen mellem Frankrig og Schweiz. LHC gennemførte sin første testdrift den 10. september 2008. Et elektrisk problem i et kølesystem den 18. september resulterede i en temperaturstigning på ca. 100 °C (180 °F) i magneterne, som er beregnet til at fungere ved temperaturer nær det absolutte nulpunkt (-273,15 °C eller -459,67 °F). Tidlige skøn om, at LHC hurtigt ville blive repareret, viste sig snart at være overdrevent optimistiske. Det blev genstartet den 20. november 2009. Kort efter, den 30. november, afløste den Tevatron fra Fermi National Accelerator Laboratory som den mest kraftfulde partikelaccelerator, da den boostede protoner til energier på 1,18 teraelektronvolt (TeV; 1 × 1012 elektronvolt). I marts 2010 meddelte forskere ved CERN, at et problem med udformningen af den superledende ledning i LHC gjorde det nødvendigt, at kollideren kun kan køre ved halv energi (7 TeV). LHC blev lukket ned i februar 2013 for at løse problemet og blev genstartet i april 2015 for at køre ved sin fulde energi på 13 TeV. En anden lang nedlukning, hvor LHC’s udstyr ville blive opgraderet, begyndte i december 2018 og er planlagt til at slutte i slutningen af 2021 eller begyndelsen af 2022.

Hjertet i LHC er en ring, der løber gennem omkredsen af LEP-tunnelen; ringen er kun få centimeter i diameter, evakueret i højere grad end i det dybe rum og afkølet til inden for to grader fra det absolutte nulpunkt. I denne ring accelereres to modsat roterende stråler af tunge ioner eller protoner til hastigheder på under en milliontedel af en procent af lysets hastighed. (Protoner tilhører en kategori af tunge subatomare partikler, der kaldes hadroner, hvilket er årsagen til navnet på denne partikelaccelerator). På fire punkter i ringen kan strålerne krydse hinanden, og en lille del af partiklerne styrter ind i hinanden. Ved maksimal effekt vil kollisioner mellem protoner finde sted ved en samlet energi på op til 13 TeV, hvilket er ca. syv gange større end det, man tidligere har opnået. Ved hvert kollisionspunkt er der enorme magneter, der vejer titusindvis af tons, og banker af detektorer til at opsamle de partikler, der produceres ved kollisionerne.

Det tog et kvart århundrede at realisere projektet; planlægningen begyndte i 1984, og det endelige grønt lys blev givet i 1994. Tusindvis af forskere og ingeniører fra snesevis af lande var involveret i at designe, planlægge og bygge LHC, og omkostningerne til materialer og arbejdskraft var på næsten 5 mia. dollars; dette omfatter ikke omkostningerne til drift af eksperimenter og computere.

Et af målene med LHC-projektet er at forstå materiens grundlæggende struktur ved at genskabe de ekstreme forhold, der opstod i de første øjeblikke af universet i henhold til big-bang-modellen. I årtier har fysikere brugt den såkaldte standardmodel for fundamentale partikler, som har fungeret godt, men som har svagheder. For det første, og vigtigst af alt, forklarer den ikke, hvorfor nogle partikler har masse. I 1960’erne postulerede den britiske fysiker Peter Higgs en partikel, som havde vekselvirket med andre partikler i begyndelsen af tiden for at give dem deres masse. Higgsbosonen var aldrig blevet observeret – den skulle kun produceres ved kollisioner i et energiområde, der ikke var tilgængeligt for eksperimenter før LHC. Efter et års observationer af kollisioner ved LHC meddelte forskerne der i 2012, at de havde opdaget et interessant signal, der sandsynligvis stammede fra en Higgsboson med en masse på omkring 126 gigaelektronvolt (milliard elektronvolt). Yderligere data bekræfter endegyldigt disse observationer som værende fra Higgsbosonen. For det andet kræver standardmodellen nogle vilkårlige antagelser, som nogle fysikere har foreslået at løse ved at postulere en yderligere klasse af supersymmetriske partikler; disse kan muligvis produceres af LHC’s ekstreme energier. Endelig kan en undersøgelse af asymmetrier mellem partikler og deres antipartikler give et fingerpeg om et andet mysterium: ubalancen mellem stof og antimaterie i universet.