Large Hadron Collider

Large Hadron Collider (LHC), cel mai puternic accelerator de particule din lume. LHC a fost construit de Organizația Europeană pentru Cercetări Nucleare (CERN) în același tunel de 27 km (17 mile) care a găzduit Large Electron-Positron Collider (LEP). Tunelul este circular și este situat la o adâncime de 50-175 de metri (165-575 de picioare) sub pământ, la granița dintre Franța și Elveția. Prima operațiune de testare a LHC a avut loc la 10 septembrie 2008. La 18 septembrie, o problemă electrică la un sistem de răcire a dus la o creștere a temperaturii de aproximativ 100 °C (180 °F) în magneți, care sunt meniți să funcționeze la temperaturi apropiate de zero absolut (-273,15 °C sau -459,67 °F). Estimările inițiale conform cărora LHC va fi reparat rapid s-au dovedit a fi prea optimiste. Acesta a fost repornit la 20 noiembrie 2009. La scurt timp după aceea, la 30 noiembrie, a detronat Tevatronul de la Fermi National Accelerator Laboratory ca fiind cel mai puternic accelerator de particule, atunci când a propulsat protoni la energii de 1,18 teraelectronvolți (TeV; 1 × 1012 electronvolți). În martie 2010, oamenii de știință de la CERN au anunțat că, din cauza unei probleme de proiectare a firelor supraconductoare din LHC, acceleratorul trebuie să funcționeze doar la jumătate de energie (7 TeV). LHC a fost oprit în februarie 2013 pentru a remedia problema și a fost repornit în aprilie 2015 pentru a funcționa la energia sa maximă de 13 TeV. O a doua oprire de lungă durată, în timpul căreia echipamentele LHC ar urma să fie modernizate, a început în decembrie 2018 și este programată să se încheie la sfârșitul anului 2021 sau la începutul anului 2022.

Inima LHC este un inel care trece prin circumferința tunelului LEP; inelul are doar câțiva centimetri în diametru, este evacuat la un grad mai mare decât în spațiul cosmic și este răcit la două grade de zero absolut. În acest inel, două fascicule de ioni sau protoni grei, care se rotesc în sens invers, sunt accelerate până la viteze care se situează la o milionime de procent din viteza luminii. (Protonii aparțin unei categorii de particule subatomice grele cunoscute sub numele de hadroni, ceea ce explică numele acestui accelerator de particule). În patru puncte de pe inel, fasciculele se pot intersecta și o mică proporție de particule se ciocnesc între ele. La putere maximă, coliziunile între protoni vor avea loc la o energie combinată de până la 13 TeV, de aproximativ șapte ori mai mare decât cea obținută până acum. La fiecare punct de coliziune se află magneți uriași care cântăresc zeci de mii de tone și bancuri de detectoare pentru a colecta particulele produse de coliziuni.

Realizarea proiectului a durat un sfert de secol; planificarea a început în 1984, iar aprobarea finală a fost acordată în 1994. Mii de oameni de știință și ingineri din zeci de țări au fost implicați în proiectarea, planificarea și construirea LHC, iar costul materialelor și al forței de muncă a fost de aproape 5 miliarde de dolari; această sumă nu include costul de funcționare a experimentelor și a computerelor.

Unul dintre obiectivele proiectului LHC este de a înțelege structura fundamentală a materiei prin recrearea condițiilor extreme care au avut loc în primele momente ale universului, conform modelului big-bang. Timp de decenii, fizicienii au folosit așa-numitul model standard pentru particulele fundamentale, care a funcționat bine, dar are puncte slabe. În primul rând, și cel mai important, acesta nu explică de ce unele particule au masă. În anii 1960, fizicianul britanic Peter Higgs a emis ipoteza unei particule care ar fi interacționat cu alte particule la începutul timpului pentru a le conferi acestora masa. Bosonul Higgs nu fusese niciodată observat – ar fi trebuit să fie produs doar prin coliziuni într-o gamă de energie care nu era disponibilă pentru experimentele anterioare LHC. După un an de observare a coliziunilor la LHC, oamenii de știință de acolo au anunțat în 2012 că au detectat un semnal interesant care provenea probabil de la un boson Higgs cu o masă de aproximativ 126 gigaelectronvolți (miliarde de electronvolți). Date ulterioare au confirmat definitiv acele observații ca fiind ale bosonului Higgs. În al doilea rând, modelul standard necesită unele ipoteze arbitrare, pe care unii fizicieni au sugerat că ar putea fi rezolvate prin postularea unei clase suplimentare de particule supersimetrice; acestea ar putea fi produse de energiile extreme ale LHC. În cele din urmă, examinarea asimetriilor dintre particule și antiparticulele lor poate oferi un indiciu pentru un alt mister: dezechilibrul dintre materie și antimaterie în univers.