Na mapach:
Wielki Zderzacz Hadronów, LHC (z ang. Large Hadron Collider) – największy na świecie akcelerator cząstek (hadronów), znajdujący się w Europejskim Ośrodku Badań Jądrowych CERN w pobliżu Genewy. LHC jest położony na terenie Francji oraz Szwajcarii[1].
Wielki Zderzacz Hadronów jest największą maszyną świata. Jego zasadnicze elementy są umieszczone w tunelu w kształcie torusa o długości około 27 km[2], położonym na głębokości od 50 do 175 m pod ziemią[3]. Wyniki zderzeń rejestrowane są przez dwa duże detektory cząstek elementarnych: ATLAS i CMS, dwa mniejsze ALICE i LHCb oraz trzy małe: TOTEM, LHCf i MoEDAL.
Urządzenie od 2008 r. miało zderzać dwie przeciwbieżne wiązki protonów. Energia zderzeń miała wynosić 14 TeV[4]. Obecnie akcelerator pracuje z połową pełnej mocy i pozostanie tak co najmniej do III kwartału 2011 r. Trwają prace nad zwiększeniem częstotliwości zderzeń przy tej energii.
Spis treści |
16 grudnia 1994 Rada CERNu zatwierdziła rozpoczęcie projektu LHC z projektowaną energią zderzeń 14 TeV i włączeniu go w bazowy program badawczy organizacji. Budowa akceleratora miała ruszyć po zakończeniu pracy akceleratora LEP[5].
2 listopada 2000 Zamknięcie akceleratora LEP. W jego tunelu znajdzie się przyszły akcelerator LHC.
10 września 2008 uruchomiono akcelerator LHC, wpuszczono wiązkę protonów w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, a następnie powtórzono eksperyment z wiązką biegnącą w przeciwną stronę. Wiązki nie były przyspieszane w LHC i miały energię 450 GeV (0,45 TeV).
19 września 2008 W czasie testów mocy (bez wiązki) nastąpiło zwarcie na wadliwie wykonanym połączeniu elektrycznym między dwoma nadprzewodzącymi magnesami. Powstały najprawdopodobniej łuk elektryczny doprowadził do stopienia się złącza i rozszczelnienia magnesów. Implozja związana z rozszczelnieniem się magnesów doprowadziła do wyzwolenia się dużej energii, która zniszczyła lub uszkodziła blisko 60 magnesów (w większości 22-tonowych dipoli). Nastąpił wyciek kilku ton ciekłego helu do tunelu. Naprawienie awarii trwało około 14 miesięcy[6].
20 listopada 2009 start LHC po trwającej 14 miesięcy naprawie.
13 grudnia 2009 zarejestrowanie przez detektor CMS mionów.
27 lutego 2010 pierwsza wiązka w 2010 roku.
18–19 marca 2010 pierwsze synchroniczne podniesienie prądu w magnesach do 6000 A i uzyskanie wiązek o energiach 3,5 TeV.
30 marca 2010 pierwsze zderzenia wiązek protonów o energii 3,5 TeV (energia zderzenia 7 TeV)
8 listopada 2010 pierwsze zderzenia jonów ołowiu o energii 1,38 TeV na nukleon (energia zderzenia pary nukleonów 2,76 TeV)
31 października 2011 po 180 dniach pracy akceleratora zakończono zbieranie danych ze zderzeń proton – proton na rok 2011 przy energii 3,5 TeV na wiązkę. Zebrano około 6 odwrotnych femtobarnów danych, sześciokrotnie więcej niż planowano na ten okres. Akcelerator jest przygotowywany do biegu ciężko jonowego, który podobnie jak w 2010 roku ma potrwać cztery tygodnie[7].
13 grudnia 2011 ogłoszono, że detektory CMS i ATLAS pokazują wzrost intensywności w przedziale 124–125 GeV, który może być szumem lub wskazywać na odkrycie bozonu Higgsa[8].
22 grudnia 2011 ogłoszono obserwację nowej cząstki, stanu χb (3P) bottomonium[9].
Przewiduje się, że LHC umożliwi odkrycie lub wykluczenie istnienia bozonu Higgsa oraz cząstek tworzących ciemną materię, którymi być może będą cząstki supersymetryczne.
22 sierpnia 2011 roku na konferencji Lepton-Photon w Mumbai podano aktualne rezultaty poszukiwań cząstki Higgsa Modelu Standardowego oparte na wynikach eksperymentów CMS i ATLAS przy Wielkim Zderzaczu Hadronów LHC. Przeanalizowane dane wykluczają istnienie standardowego Higgsa o masie pomiedzy 145 GeV i 466 GeV. Pozostaje do zbadania obszar pomiedzy 114,4 GeV (granica z LEP) i 145 GeV oraz, uważany za znacznie mniej prawdopodobny, obszar 466-800 GeV.[11]
LHC jest zbudowany w tunelu akceleratora LEP (Large Electron Positron Collider – Wielki Zderzacz Elektronowo-Pozytronowy).
Na schemacie zaznaczono akceleratory oraz detektory współpracujące z głównym akceleratorem (LHC).
Przyspieszane cząstki (protony) rozpoczynają swą drogę w akceleratorze liniowym – akceleratorze protonów (Linac 2, na schemacie P), jony o masie aż do masy ołowiu są przyspieszane w oddzielnym akceleratorze (Linac 3 – Pb).
Dalsza droga protonów i jonów jest wspólna, najpierw trafiają do Bustera Synchrotronu Protonowego (PSB, przyspieszanie 50 MeV – 1,6 GeV), następnie do Synchrotronu Protonowego (PS), w którym wiązka uzyskuje energię do 26 GeV i jest kształtowana.
Dalej Supersynchrotron Protonowy (SPS z ang. Super Proton Synchrotron) przyspiesza protony do energii 450 GeV (0,45 TeV), na wyjściu z tego akceleratora można ukształtować dwie wiązki, które w LHC będą poruszały się w przeciwne strony.
Protony w każdej z wiązek będą przyspieszane do energii 7 TeV (środek masy wiązki względem laboratorium), co daje energię 14 TeV (CM) na zderzenie.
Gdy przyspieszone wiązki są zderzane, zbieraniem i analizą danych zajmuje się sześć eksperymentów skupionych wokół następujących detektorów:
Zderzenia protonów będą następowały 30 mln razy w ciągu sekundy, a detektory LHC będą produkować około 100 TB danych na sekundę. Dane z detektorów będą analizowane przez ogólnoświatowy gridowy system komputerowy WLCGrid. Budowa LHC wspomagana była przez projekt przetwarzania rozproszonego LHC@home.
Wielki Zderzacz Hadronów pojawił się w książce Anioły i demony Dana Browna; urządzenie wytwarzało antymaterię, która była wykorzystywana w walce z Watykanem. CERN opublikowało listę nieścisłości, krytykując błędne zobrazowanie działania urządzenia oraz ignorancję wobec prawdziwych zasad fizyki[13].
3 listopada 2009 świat obiegła informacja o przegrzaniu olbrzymich, nadprzewodzących magnesów[14] z powodu upuszczonego przez ptaka kawałka bagietki. CERN zdementował tę pogłoskę przyznając, że w jednej z podstacji energetycznych zasilających kriodipole faktycznie znaleziono kawałki chleba. Nie potwierdzoną spekulacją pozostaje jednak ich związek z chwilowym brakiem zasilania i automatycznym zadziałaniem zabezpieczeń. Awaria nie spowodowała żadnych uszkodzeń ani opóźnień w pracy akceleratora, jak spekulowały media[15].
Jeden z pracowników CERN stworzył utwór rapowany Large Hadron Rap oraz teledysk wyjaśniający działanie urządzenia[16].
