อิเล็กตรอนคอลไลเดอร์คืออะไร Large Hadron Collider: มีไว้เพื่ออะไร อยู่ที่ไหน

แผนที่พร้อมตำแหน่งของ Collider ที่ทำเครื่องหมายไว้

เพื่อรวมปฏิสัมพันธ์พื้นฐานเข้าด้วยกันในทฤษฎีหนึ่ง เราใช้ แนวทางที่แตกต่างกัน: ทฤษฎีสตริง ซึ่งพัฒนาขึ้นในทฤษฎี M (ทฤษฎีเบรน), ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงยิ่งยวด, แรงโน้มถ่วงควอนตัมแบบวนรอบ เป็นต้น ซึ่งบางส่วนก็มี ปัญหาภายในและไม่มีรายการใดที่ได้รับการยืนยันจากการทดลอง ปัญหาคือในการทำการทดลองที่เกี่ยวข้องนั้น จำเป็นต้องใช้พลังงานที่ไม่สามารถบรรลุได้ด้วยเครื่องเร่งอนุภาคที่มีประจุสมัยใหม่

LHC จะอนุญาตให้มีการทดลองที่ก่อนหน้านี้เป็นไปไม่ได้ และมีแนวโน้มที่จะยืนยันหรือหักล้างทฤษฎีเหล่านี้บางส่วน ดังนั้นจึงมีทฤษฎีฟิสิกส์มากมายที่มีมิติมากกว่าสี่ซึ่งสันนิษฐานว่ามี "สมมาตรยิ่งยวด" - ตัวอย่างเช่น ทฤษฎีสตริง ซึ่งบางครั้งเรียกว่าทฤษฎีซุปเปอร์สตริงอย่างแม่นยำ เพราะหากไม่มีสมมาตรยิ่งยวดก็จะสูญเสียไป ความหมายทางกายภาพ- การยืนยันการมีอยู่ของสมมาตรยิ่งยวดจะเป็นการยืนยันทางอ้อมถึงความจริงของทฤษฎีเหล่านี้

การศึกษาควาร์กชั้นนำ

ประวัติความเป็นมาของการก่อสร้าง

อุโมงค์ใต้ดินยาว 27 กม. ออกแบบมาเพื่อติดตั้งคันเร่ง LHC

แนวคิดสำหรับโครงการ Large Hadron Collider เกิดขึ้นในปี 1984 และได้รับการอนุมัติอย่างเป็นทางการในอีกสิบปีต่อมา การก่อสร้างเริ่มขึ้นในปี พ.ศ. 2544 หลังจากเครื่องเร่งอนุภาคอิเล็กตรอน-โพซิตรอนขนาดใหญ่ที่สร้างเสร็จก่อนหน้านี้

เครื่องเร่งความเร็วควรจะชนโปรตอนด้วยพลังงานรวม 14 TeV (นั่นคือ 14 เทราอิเล็กตรอนโวลต์หรือ 14 10 12 อิเล็กตรอนโวลต์) ในระบบจุดศูนย์กลางมวลของอนุภาคที่ตกกระทบ เช่นเดียวกับนิวเคลียสตะกั่วที่มีพลังงาน 5.5 GeV (5.5 10 9 อิเล็กตรอนโวลต์) สำหรับนิวคลีออนที่ชนกันแต่ละคู่ ดังนั้น LHC จะเป็นเครื่องเร่งอนุภาคที่มีพลังงานสูงที่สุดในโลก ซึ่งมีลำดับความสำคัญด้านพลังงานที่เหนือกว่าคู่แข่งที่ใกล้เคียงที่สุด นั่นก็คือ เครื่องชนโปรตอน-แอนติโปรตอนของ Tevatron ซึ่งปัจจุบันกำลังทำงานอยู่ที่ห้องปฏิบัติการเครื่องเร่งอนุภาคแห่งชาติ เอ็นริโก เฟอร์มี (สหรัฐอเมริกา) และเครื่องชนไอออนหนักเชิงสัมพัทธภาพ RHIC ปฏิบัติการที่ห้องปฏิบัติการบรูคฮาเวน (สหรัฐอเมริกา)

เครื่องเร่งความเร็วตั้งอยู่ในอุโมงค์เดียวกับที่ก่อนหน้านี้ถูกครอบครองโดยเครื่องชนอิเล็กตรอน-โพซิตรอนขนาดใหญ่ อุโมงค์ที่มีเส้นรอบวง 26.7 กม. วางอยู่ที่ระดับความลึกประมาณ 100 เมตรใต้ดินในฝรั่งเศสและสวิตเซอร์แลนด์ แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด 1624 ใช้เพื่อยึดและแก้ไขคานโปรตอน ความยาวรวมซึ่งเกิน 22 กม. สุดท้ายถูกติดตั้งในอุโมงค์เมื่อวันที่ 27 พฤศจิกายน พ.ศ. 2549 แม่เหล็กจะทำงานที่อุณหภูมิ 1.9 K (-271 °C) การก่อสร้างสายไครโอเจนิกพิเศษสำหรับแม่เหล็กทำความเย็นแล้วเสร็จเมื่อวันที่ 19 พฤศจิกายน 2549

การทดสอบ

ข้อมูลจำเพาะ

กระบวนการเร่งอนุภาคในเครื่องชนกัน

ความเร็วของอนุภาคใน LHC บนคานที่ชนกันนั้นใกล้เคียงกับความเร็วแสงในสุญญากาศ ความเร่งของอนุภาคจนถึงความเร็วสูงนั้นทำได้ในหลายขั้นตอน ในระยะแรก เครื่องเร่งเชิงเส้น Linac 2 และ Linac 3 ที่ใช้พลังงานต่ำจะฉีดโปรตอนและไอออนตะกั่วเพื่อการเร่งความเร็วต่อไป จากนั้นอนุภาคจะเข้าสู่ PS booster จากนั้นเข้าไปใน PS เอง (โปรตอนซินโครตรอน) เพื่อให้ได้พลังงาน 28 GeV หลังจากนั้น การเร่งอนุภาคจะดำเนินต่อไปใน SPS (ซูเปอร์ซินโครตรอนโปรตอนซินโครตรอน) ซึ่งพลังงานของอนุภาคสูงถึง 450 GeV จากนั้นลำแสงจะถูกส่งไปยังวงแหวนหลักระยะทาง 26.7 กิโลเมตร และเครื่องตรวจจับจะบันทึกเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นที่จุดชนกัน

การใช้พลังงาน

ในระหว่างการทำงานของเครื่องชนกัน พลังงานโดยประมาณจะอยู่ที่ 180 เมกะวัตต์ การใช้พลังงานโดยประมาณของทั้งรัฐเจนีวา CERN เองไม่ได้ผลิตไฟฟ้า มีเพียงเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลสำรองเท่านั้น

คอมพิวเตอร์แบบกระจาย

ในการจัดการ จัดเก็บ และประมวลผลข้อมูลที่จะมาจากเครื่องเร่งความเร็วและเครื่องตรวจจับ LHC LCG กำลังสร้างเครือข่ายคอมพิวเตอร์แบบกระจาย ล HCค คอมพิวเตอร์ช กำจัด ) โดยใช้เทคโนโลยีกริด สำหรับงานด้านการประมวลผลบางอย่าง โปรเจ็กต์การประมวลผลแบบกระจาย LHC@home จะถูกนำมาใช้

กระบวนการทางกายภาพที่ไม่สามารถควบคุมได้

ผู้เชี่ยวชาญและสาธารณชนบางคนแสดงความกังวลว่ามีความน่าจะเป็นที่ไม่เป็นศูนย์ที่การทดลองที่ทำกับเครื่องชนกันจะควบคุมไม่ได้และทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ที่อาจทำลายโลกทั้งใบในทางทฤษฎีได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการ มุมมองของผู้สนับสนุนสถานการณ์ภัยพิบัติที่เกี่ยวข้องกับการดำเนินงานของ LHC จะถูกนำเสนอบนเว็บไซต์แยกต่างหาก เนื่องจากความรู้สึกที่คล้ายกัน บางครั้ง LHC จึงถูกถอดรหัสเป็น ล่าสุดแฮดรอนคอลไลเดอร์ ( ล่าสุดแฮดรอนคอลไลเดอร์)

ในเรื่องนี้สิ่งที่กล่าวถึงบ่อยที่สุดคือความเป็นไปได้ทางทฤษฎีของการปรากฏตัวของหลุมดำด้วยกล้องจุลทรรศน์ในตัวชนกันเช่นเดียวกับความเป็นไปได้ทางทฤษฎีของการก่อตัวของกลุ่มปฏิสสารและโมโนโพลแม่เหล็กพร้อมกับปฏิกิริยาลูกโซ่ที่ตามมาของการดักจับสสารรอบข้าง

ความเป็นไปได้ทางทฤษฎีเหล่านี้ได้รับการพิจารณาโดยกลุ่มพิเศษของ CERN ซึ่งจัดทำรายงานที่เกี่ยวข้องซึ่งความกลัวดังกล่าวทั้งหมดได้รับการยอมรับว่าไม่มีมูล นักฟิสิกส์ทฤษฎีชาวอังกฤษ Adrian Kent ตีพิมพ์บทความทางวิทยาศาสตร์ที่วิพากษ์วิจารณ์มาตรฐานความปลอดภัยที่ CERN นำมาใช้เนื่องจากความเสียหายที่คาดหวังนั่นคือผลคูณของความน่าจะเป็นของเหตุการณ์ตามจำนวนเหยื่อนั้นในความเห็นของเขานั้นไม่สามารถยอมรับได้ อย่างไรก็ตาม ขอบเขตบนสูงสุดสำหรับความน่าจะเป็นของสถานการณ์ภัยพิบัติที่ LHC คือ 10 -31

ข้อโต้แย้งหลักที่สนับสนุนความไม่มีมูลของสถานการณ์ภัยพิบัติ ได้แก่ การอ้างอิงถึงข้อเท็จจริงที่ว่าโลก ดวงจันทร์ และดาวเคราะห์ดวงอื่นถูกโจมตีอย่างต่อเนื่องด้วยกระแสอนุภาคของจักรวาลที่มีพลังงานสูงกว่ามาก ยังกล่าวถึงการดำเนินงานที่ประสบความสำเร็จของเครื่องเร่งความเร็วที่ได้รับมอบหมายก่อนหน้านี้ รวมถึงเครื่องชนไอออนหนักเชิงสัมพัทธภาพ RHIC ที่ Brookhaven ผู้เชี่ยวชาญของ CERN ไม่ได้ปฏิเสธความเป็นไปได้ในการก่อตัวของหลุมดำด้วยกล้องจุลทรรศน์ แต่มีการระบุไว้ว่าในอวกาศสามมิติของเรา วัตถุดังกล่าวสามารถปรากฏได้ที่พลังงาน 16 ลำดับความสำคัญมากกว่าพลังงานของลำแสงใน LHC เท่านั้น ตามสมมุติฐาน หลุมดำขนาดเล็กมากอาจปรากฏขึ้นในการทดลองที่ LHC ในการทำนายทฤษฎีที่มีมิติเชิงพื้นที่เพิ่มเติม ทฤษฎีดังกล่าวยังไม่มีการยืนยันการทดลองใดๆ อย่างไรก็ตาม แม้ว่าหลุมดำจะถูกสร้างขึ้นจากการชนกันของอนุภาคที่ LHC ก็คาดว่าหลุมดำเหล่านั้นจะไม่เสถียรอย่างยิ่งเนื่องจากรังสีฮอว์กิง และจะระเหยเกือบจะในทันทีเหมือนอนุภาคธรรมดา

เมื่อวันที่ 21 มีนาคม พ.ศ. 2551 วอลเตอร์ วากเนอร์ ได้ถูกฟ้องในศาลแขวงของรัฐบาลกลางแห่งฮาวาย (สหรัฐอเมริกา) วอลเตอร์ แอล. วากเนอร์) และ หลุยส์ ซานโช่ (อังกฤษ) หลุยส์ ซานโช่) ซึ่งพวกเขากล่าวหาว่า CERN พยายามก่อให้เกิดจุดจบของโลก โดยเรียกร้องให้ห้ามมิให้ปล่อยเครื่องชนกันจนกว่าจะรับประกันความปลอดภัย

เปรียบเทียบกับความเร็วและพลังงานตามธรรมชาติ

เครื่องเร่งความเร็วได้รับการออกแบบมาเพื่อชนอนุภาคต่างๆ เช่น ฮาดรอนและนิวเคลียสของอะตอม อย่างไรก็ตาม มีแหล่งกำเนิดตามธรรมชาติของอนุภาคซึ่งมีความเร็วและพลังงานสูงกว่าเครื่องชนกันมาก (ดู: เซวาตรอน) อนุภาคธรรมชาติดังกล่าวถูกตรวจพบในรังสีคอสมิก พื้นผิวของดาวเคราะห์โลกได้รับการปกป้องบางส่วนจากรังสีเหล่านี้ แต่เมื่อพวกมันผ่านชั้นบรรยากาศ อนุภาครังสีคอสมิกจะชนกับอะตอมและโมเลกุลของอากาศ จากการชนตามธรรมชาติเหล่านี้ อนุภาคที่เสถียรและไม่เสถียรจำนวนมากจึงถูกสร้างขึ้นในชั้นบรรยากาศของโลก เป็นผลให้มีการแผ่รังสีพื้นหลังตามธรรมชาติบนโลกมาเป็นเวลาหลายล้านปี สิ่งเดียวกัน (การชนกันของอนุภาคมูลฐานและอะตอม) จะเกิดขึ้นใน LHC แต่มีความเร็วและพลังงานต่ำกว่า และในปริมาณที่น้อยกว่ามาก

หลุมดำด้วยกล้องจุลทรรศน์

หากหลุมดำสามารถเกิดขึ้นได้ในระหว่างการชนกันของอนุภาคมูลฐาน พวกมันก็จะสลายตัวเป็นอนุภาคมูลฐานเช่นกัน ตามหลักการความแปรปรวนของ CPT ซึ่งเป็นหนึ่งในหลักการพื้นฐานที่สุดของกลศาสตร์ควอนตัม

นอกจากนี้ หากสมมติฐานของการมีอยู่ของหลุมขนาดเล็กสีดำที่เสถียรนั้นถูกต้อง พวกมันก็จะก่อตัวขึ้นในปริมาณมากอันเป็นผลมาจากการถล่มโลกด้วยอนุภาคมูลฐานของจักรวาล แต่อนุภาคมูลฐานพลังงานสูงส่วนใหญ่ที่มาจากอวกาศมีประจุไฟฟ้า ดังนั้นหลุมดำบางหลุมจึงมีประจุไฟฟ้า หลุมดำที่มีประจุเหล่านี้จะถูกดักจับ สนามแม่เหล็กโลกและถ้าพวกมันอันตรายจริงๆ พวกมันคงทำลายโลกไปนานแล้ว กลไกชวิมเมอร์ที่ทำให้หลุมดำเป็นกลางทางไฟฟ้านั้นคล้ายคลึงกับปรากฏการณ์ฮอว์กิงอย่างมาก และไม่สามารถทำงานได้หากปรากฏการณ์ฮอว์กิงไม่ทำงาน

นอกจากนี้ หลุมดำใดๆ ที่มีประจุหรือเป็นกลางทางไฟฟ้า จะถูกดาวแคระขาวและดาวนิวตรอนจับไว้ (ซึ่งเหมือนกับโลกที่ถูกถล่มด้วยรังสีคอสมิก) และทำลายพวกมัน ผลก็คือ อายุขัยของดาวแคระขาวและดาวนิวตรอนจะสั้นกว่าที่สังเกตได้จริงมาก นอกจากนี้ดาวแคระขาวที่ทำลายล้างได้และ ดาวนิวตรอนจะปล่อยรังสีเพิ่มเติมที่ไม่ได้สังเกตได้จริง

สุดท้ายนี้ ทฤษฎีที่มีมิติเชิงพื้นที่เพิ่มเติมซึ่งทำนายการเกิดขึ้นของหลุมดำด้วยกล้องจุลทรรศน์ไม่ได้ขัดแย้งกับข้อมูลการทดลองเฉพาะในกรณีที่จำนวนมิติเพิ่มเติมมีอย่างน้อยสามเท่านั้น แต่ด้วยมิติพิเศษมากมาย หลายพันล้านปีก่อนจะต้องผ่านไป หลุมดำจะก่อให้เกิดอันตรายร้ายแรงต่อโลก

สตราเปลกี

มุมมองที่ตรงกันข้ามถือโดย Eduard Boos ปริญญาเอกสาขาวิทยาศาสตร์กายภาพและคณิตศาสตร์จากสถาบันวิจัยฟิสิกส์นิวเคลียร์ที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโก ซึ่งปฏิเสธการเกิดขึ้นของหลุมดำขนาดมหึมาที่ LHC และดังนั้นจึงเป็น "รูหนอน" และการเดินทางข้ามเวลา

หมายเหตุ

คู่มือฉบับสมบูรณ์ของ LHC (ภาษาอังกฤษ) หน้า 30
LHC: ข้อมูลสำคัญ “องค์ประกอบ วิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่- สืบค้นเมื่อวันที่ 15 กันยายน 2551.
คณะทำงาน Tevatron Electroweak กลุ่มย่อยระดับบนสุด
การทดสอบการซิงโครไนซ์ LHC สำเร็จ
การทดสอบระบบหัวฉีดครั้งที่สองผ่านไปอย่างหยุดชะงัก แต่ก็บรรลุเป้าหมาย “องค์ประกอบของวิทยาศาสตร์ขนาดใหญ่” (24 สิงหาคม 2551) สืบค้นเมื่อวันที่ 6 กันยายน 2551.
วันสำคัญของ LHC เริ่มต้นอย่างรวดเร็ว
ลำแสงแรกใน LHC - วิทยาศาสตร์การเร่งความเร็ว
ภารกิจเสร็จสิ้นสำหรับทีม LHC ฟิสิกส์เวิลด์ดอทคอม สืบค้นเมื่อวันที่ 12 กันยายน 2551.
ลำแสงหมุนเวียนที่เสถียรจะถูกส่งไปที่ LHC “องค์ประกอบของวิทยาศาสตร์ขนาดใหญ่” (12 กันยายน 2551) สืบค้นเมื่อวันที่ 12 กันยายน 2551.
อุบัติเหตุที่เครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ทำให้การทดลองล่าช้าอย่างไม่มีกำหนด “องค์ประกอบของวิทยาศาสตร์ขนาดใหญ่” (19 กันยายน 2551) สืบค้นเมื่อวันที่ 21 กันยายน 2551.
Large Hadron Collider จะไม่ทำงานต่อจนกว่าจะถึงฤดูใบไม้ผลิ - CERN อาร์ไอเอ โนโวสติ (23 กันยายน 2551) สืบค้นเมื่อ 25 กันยายน 2551.
http://press.web.cern.ch/Press/PressReleases/Releases2008/PR14.08E.html
https://edms.cern.ch/file/973073/1/Report_on_080919_incident_at_LHC__2_.pdf
https://lhc2008.web.cern.ch/LHC2008/inauguration/index.html
การซ่อมแซมแม่เหล็กที่เสียหายจะครอบคลุมมากกว่าที่คิดไว้ “องค์ประกอบของวิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่” (09 พฤศจิกายน 2551) สืบค้นเมื่อวันที่ 12 พฤศจิกายน 2551.
กำหนดการปี 2552 “องค์ประกอบของวิทยาศาสตร์ใหญ่” (18 มกราคม 2552) สืบค้นเมื่อวันที่ 18 มกราคม 2552.
ข่าวประชาสัมพันธ์ของเซิร์น
แผนปฏิบัติการของเครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่สำหรับปี พ.ศ. 2552-2553 ได้รับการอนุมัติแล้ว “องค์ประกอบของวิทยาศาสตร์ขนาดใหญ่” (6 กุมภาพันธ์ 2552) สืบค้นเมื่อวันที่ 5 เมษายน 2552.
การทดลองของ LHC
"กล่องแพนโดร่า" เปิดขึ้น Vesti.ru (9 กันยายน 2551) สืบค้นเมื่อวันที่ 12 กันยายน 2551.
ศักยภาพของอันตรายในการทดลองเครื่องชนอนุภาค
Dimopoulos S., Landsberg G. หลุมดำที่ Large Hadron Collider (อังกฤษ) ฟิสิกส์ สาธุคุณ เล็ตต์ 87 (2544)
เบลซอต เจ.-พี. และคณะ การศึกษาเหตุการณ์ที่อาจเป็นอันตรายระหว่างการชนของไอออนหนักที่ LHC
การทบทวนความปลอดภัยของการชนของ LHC กลุ่มประเมินความปลอดภัยของ LHC
การทบทวนความเสี่ยงของตัวเร่งความเร็วอย่างมีวิจารณญาณ Proza.ru (23 พฤษภาคม 2551) สืบค้นเมื่อวันที่ 17 กันยายน 2551.
ความน่าจะเป็นที่จะเกิดภัยพิบัติที่ LHC เป็นเท่าใด
วันพิพากษา
ขอให้ผู้พิพากษากอบกู้โลก และอาจจะมากกว่านั้นอีกมาก
อธิบายว่าทำไม LHC ถึงปลอดภัย
http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-es.pdf (ภาษาสเปน)
http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-de.pdf (ภาษาเยอรมัน)
http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-fr.pdf (ภาษาฝรั่งเศส)
เอช. ไฮเซลเบิร์ก.การคัดกรองในหยดควาร์ก // การทบทวนทางกายภาพ D. - 1993. - T. 48. - หมายเลข 3. - P. 1418-1423. ดอย:10.1103/PhysRevD.48.1418
เอ็ม. อัลฟอร์ด, เค. ราโกปาล, เอส. เรดดี้, เอ. สไตเนอร์ความเสถียรของเปลือกดาวประหลาดและสเตรนจ์เลต // สมาคมกายภาพอเมริกันการทบทวนทางกายภาพ D. - 2549. - ต. 73, 114016

เครื่องเร่งอนุภาคชนที่ทรงพลังที่สุดในโลก

เครื่องเร่งอนุภาคด้วยลำแสงชนที่ทรงพลังที่สุดในโลก สร้างโดยศูนย์วิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป (CERN) ในอุโมงค์ใต้ดินยาว 27 กิโลเมตร ที่ระดับความลึก 50-175 เมตร บริเวณชายแดนสวิตเซอร์แลนด์และฝรั่งเศส LHC เปิดตัวในฤดูใบไม้ร่วงปี 2551 แต่เนื่องจากอุบัติเหตุ การทดลองจึงเริ่มขึ้นในเดือนพฤศจิกายน 2552 เท่านั้น และถึงขีดความสามารถการออกแบบในเดือนมีนาคม 2553 การเปิดตัวเครื่องชนกันดึงดูดความสนใจไม่เพียงแต่นักฟิสิกส์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงคนทั่วไปด้วย เนื่องจากมีการแสดงความกังวลในสื่อว่าการทดลองที่เครื่องชนกันอาจนำไปสู่การสิ้นสุดของโลก ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2555 LHC ได้ประกาศการค้นพบอนุภาคที่มีแนวโน้มสูงที่จะเป็นฮิกส์โบซอน การมีอยู่ของมันได้ยืนยันความถูกต้องของแบบจำลองมาตรฐานของโครงสร้างของสสาร

พื้นหลัง

เครื่องเร่งอนุภาคเริ่มถูกนำมาใช้ในทางวิทยาศาสตร์เป็นครั้งแรกในช่วงปลายทศวรรษที่ 20 ของศตวรรษที่ 20 เพื่อศึกษาคุณสมบัติของสสาร เครื่องเร่งวงแหวนเครื่องแรกคือไซโคลตรอน ถูกสร้างขึ้นในปี พ.ศ. 2474 โดยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน เออร์เนสต์ ลอว์เรนซ์ ในปีพ.ศ. 2475 จอห์น ค็อกครอฟต์ ชาวอังกฤษ และเออร์เนสต์ วอลตัน ชาวไอริช ใช้ตัวคูณแรงดันไฟฟ้าและเครื่องเร่งโปรตอนเครื่องแรกของโลก สามารถจัดการแยกนิวเคลียสของอะตอมอย่างเทียมได้เป็นครั้งแรก โดยได้ฮีเลียมจากการระดมยิงลิเธียมด้วยโปรตอน เครื่องเร่งอนุภาคทำงานโดยใช้สนามไฟฟ้าที่ใช้ในการเร่งความเร็ว (ในหลายกรณีเป็นความเร็วที่เข้าใกล้ความเร็วแสง) และรักษาอนุภาคที่มีประจุ (เช่น อิเล็กตรอน โปรตอน หรือไอออนที่หนักกว่า) ไว้ในวิถีที่กำหนด ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดในชีวิตประจำวันของตัวเร่งความเร็วคือโทรทัศน์ที่มีหลอดรังสีแคโทด , , , ,

ตัวเร่งที่ใช้ในการทดลองต่างๆ รวมถึงการสร้างองค์ประกอบที่มีน้ำหนักยิ่งยวด เพื่อศึกษาอนุภาคมูลฐานก็ใช้เครื่องชนกัน (จากการชนกัน - "การชนกัน") ซึ่งเป็นเครื่องเร่งอนุภาคที่มีประจุบนคานที่ชนกันซึ่งออกแบบมาเพื่อศึกษาผลคูณของการชนกัน นักวิทยาศาสตร์ให้พลังงานจลน์สูงแก่ลำแสง การชนกันอาจทำให้เกิดอนุภาคใหม่ที่ไม่รู้จักมาก่อนได้ เครื่องตรวจจับพิเศษได้รับการออกแบบมาเพื่อตรวจจับลักษณะที่ปรากฏ ในช่วงต้นทศวรรษ 1990 เครื่องชนที่ทรงพลังที่สุดได้ดำเนินการในสหรัฐอเมริกาและสวิตเซอร์แลนด์ ในปี พ.ศ. 2530 เครื่องชนกันของเทวาตรอนเปิดตัวในสหรัฐอเมริกาใกล้กับชิคาโก โดยมีพลังงานลำแสงสูงสุด 980 กิกะอิเล็กตรอนโวลต์ (GeV) เป็นวงแหวนใต้ดินยาว 6.3 กิโลเมตร ในปี 1989 เครื่องชนอิเล็กตรอน-โพซิตรอนขนาดใหญ่ (LEP) ได้รับการว่าจ้างในสวิตเซอร์แลนด์ภายใต้การอุปถัมภ์ของศูนย์วิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป (CERN) สำหรับมัน ที่ระดับความลึก 50-175 เมตรในหุบเขาทะเลสาบเจนีวา จึงมีการสร้างอุโมงค์ทรงกลมยาว 26.7 กิโลเมตร ในปี พ.ศ. 2543 เป็นไปได้ที่จะได้รับพลังงานลำแสงที่ 209 GeV, , , .

ในสหภาพโซเวียตในช่วงทศวรรษ 1980 โครงการ Accelerator-Storage Complex (UNC) ถูกสร้างขึ้น - เครื่องชนโปรตอน - โปรตอนที่เป็นตัวนำยิ่งยวดที่สถาบันฟิสิกส์พลังงานสูง (IHEP) ใน Protvino มันจะเหนือกว่า LEP และ Tevatron โดยส่วนใหญ่ และควรจะสามารถเร่งลำอนุภาคมูลฐานด้วยพลังงาน 3 เทราอิเล็กตรอนโวลต์ (TeV) วงแหวนหลักยาว 21 กิโลเมตรถูกสร้างขึ้นใต้ดินในปี 1994 อย่างไรก็ตามเนื่องจากขาดเงินทุนโครงการจึงถูกแช่แข็งในปี 1998 อุโมงค์ที่สร้างขึ้นใน Protvino ถูก mothballed (เฉพาะองค์ประกอบของศูนย์เร่งความเร็วเท่านั้นที่สร้างเสร็จ) และหัวหน้า วิศวกรของโครงการ Gennady Durov ไปทำงานในสหรัฐอเมริกา , , , , , , . ตามที่นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียบางคนกล่าวว่าหาก UNK เสร็จสมบูรณ์และนำไปใช้งานแล้ว ก็ไม่จำเป็นต้องสร้างเครื่องชนกันที่ทรงพลังกว่านี้: แนะนำว่าเพื่อให้ได้ข้อมูลใหม่เกี่ยวกับ รากฐานทางกายภาพระเบียบโลกก็เพียงพอแล้วที่จะเอาชนะเกณฑ์พลังงานที่ 1 TeV ที่เครื่องเร่งความเร็ว รองผู้อำนวยการสถาบันวิจัยฟิสิกส์นิวเคลียร์แห่งมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโกและผู้ประสานงานการมีส่วนร่วม สถาบันรัสเซียในโครงการสร้างเครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ Viktor Savrin เล่าถึง UNK ว่า: "เอาล่ะ สามเทราอิเล็กตรอนโวลต์หรือเจ็ดเทราอิเล็กตรอนโวลต์ก็สามารถนำมาเป็นห้าเทราอิเล็กตรอนได้ในภายหลัง" อย่างไรก็ตาม สหรัฐอเมริกาก็ละทิ้งการก่อสร้างเครื่องชนตัวนำยิ่งยวด (SSC) ของตนเองในปี 1993 และด้วยเหตุผลทางการเงิน

แทนที่จะสร้างเครื่องชนกันเอง นักฟิสิกส์จากประเทศต่างๆ ตัดสินใจรวมตัวกันภายใต้กรอบของโครงการระดับนานาชาติ ซึ่งเป็นแนวคิดในการสร้างสรรค์ซึ่งมีต้นกำเนิดในทศวรรษ 1980 หลังจากสิ้นสุดการทดลองที่ Swiss LEP อุปกรณ์ของมันถูกรื้อออก และในสถานที่นั้น การก่อสร้าง Large Hadron Collider (LHC, Large Hadron Collider, LHC) ก็เริ่มขึ้น - เครื่องเร่งวงแหวนที่ทรงพลังที่สุดในโลกของอนุภาคที่มีประจุบนคานที่ชนกัน โดยคานของโปรตอนที่มีพลังงานชนกันสูงถึง 14 TeV และไอออนตะกั่วที่มีพลังงานชนกันสูงถึง 1150 TeV, , , , , , .

เป้าหมายของการทดลอง

เป้าหมายหลักของการสร้าง LHC คือการชี้แจงหรือหักล้างแบบจำลองมาตรฐาน ซึ่งเป็นโครงสร้างทางทฤษฎีในฟิสิกส์ที่อธิบายอนุภาคมูลฐานและปฏิสัมพันธ์พื้นฐานสามในสี่ประการ ได้แก่ แรง แรงอ่อน และแม่เหล็กไฟฟ้า ไม่รวมแรงโน้มถ่วง การก่อตัวของแบบจำลองมาตรฐานเสร็จสมบูรณ์ในทศวรรษปี 1960 และ 1970 และตามที่นักวิทยาศาสตร์ระบุว่า การค้นพบทั้งหมดที่เกิดขึ้นตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ได้รับการอธิบายโดยส่วนขยายตามธรรมชาติของทฤษฎีนี้ ในเวลาเดียวกัน โมเดลมาตรฐานอธิบายว่าอนุภาคมูลฐานมีปฏิกิริยาอย่างไร แต่ไม่ได้ตอบคำถามที่ว่าทำไมจึงเป็นเช่นนี้และไม่เป็นอย่างอื่น

นักวิทยาศาสตร์ตั้งข้อสังเกตว่าหาก LHC ล้มเหลวในการค้นพบฮิกส์โบซอน (ในสื่อบางครั้งเรียกว่า "อนุภาคของพระเจ้า" , , ) ก็คงจะตั้งคำถามต่อแบบจำลองมาตรฐานทั้งหมด ซึ่งจำเป็นต้องมีแบบจำลองที่สมบูรณ์ การแก้ไขแนวคิดที่มีอยู่เกี่ยวกับอนุภาคมูลฐาน , , , . ในเวลาเดียวกัน หากแบบจำลองมาตรฐานได้รับการยืนยัน ฟิสิกส์บางด้านจำเป็นต้องมีการตรวจสอบการทดลองเพิ่มเติม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง มีความจำเป็นต้องพิสูจน์การมีอยู่ของ “กราวิตอน” ซึ่งเป็นอนุภาคสมมุติที่รับผิดชอบต่อแรงโน้มถ่วง , ,

คุณสมบัติทางเทคนิค

LHC ตั้งอยู่ในอุโมงค์ที่สร้างขึ้นสำหรับ LEP ส่วนใหญ่อยู่ภายใต้อาณาเขตของฝรั่งเศส อุโมงค์ประกอบด้วยท่อ 2 ท่อซึ่งขนานกันเกือบตลอดความยาวและตัดกันที่ตำแหน่งของเครื่องตรวจจับ ซึ่งการชนกันของฮาดรอน - อนุภาคที่ประกอบด้วยควาร์ก - จะเกิดขึ้น (ไอออนตะกั่วและโปรตอนจะถูกใช้สำหรับการชนกัน) โปรตอนเริ่มเร่งความเร็วไม่ได้อยู่ในตัว LHC เอง แต่อยู่ในตัวเร่งความเร็วเสริม ลำแสงโปรตอน "สตาร์ท" ในเครื่องเร่งความเร็วเชิงเส้น LINAC2 จากนั้นในเครื่องเร่งความเร็ว PS หลังจากนั้นพวกมันจะเข้าสู่วงแหวนยาว 6.9 กิโลเมตรของซูเปอร์โปรตอนซินโครตรอน (SPS) และหลังจากนั้นไปสิ้นสุดในท่อ LHC หลอดใดหลอดหนึ่ง โดยที่ อีก 20 นาทีพวกเขาจะให้พลังงานสูงถึง 7 TeV การทดลองกับไอออนตะกั่วจะเริ่มต้นที่เครื่องเร่งเชิงเส้น LINAC3 คานดังกล่าวถูกยึดไว้ตามเส้นทางด้วยแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด 1,600 ชิ้น ซึ่งหลายชิ้นมีน้ำหนักมากถึง 27 ตัน แม่เหล็กเหล่านี้ถูกทำให้เย็นลงด้วยฮีเลียมเหลวจนถึงอุณหภูมิต่ำเป็นพิเศษ: สูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ 1.9 องศา และเย็นกว่าในอวกาศ

ด้วยความเร็ว 99.9999991 เปอร์เซ็นต์ของความเร็วแสง ทำให้เกิดวงกลมมากกว่า 11,000 วงกลมรอบวงแหวนคอลไลเดอร์ต่อวินาที โปรตอนจะชนกันในหนึ่งในสี่เครื่องตรวจจับ - ระบบที่ซับซ้อนที่สุดของ LHC, , , , , , . เครื่องตรวจจับ ATLAS ได้รับการออกแบบมาเพื่อค้นหาอนุภาคที่ไม่รู้จักใหม่ๆ ซึ่งสามารถให้เบาะแสแก่นักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับวิธีการค้นหา " ฟิสิกส์ใหม่" แตกต่างจากรุ่นมาตรฐาน โดยเครื่องตรวจจับ CMS ได้รับการออกแบบมาเพื่อรับฮิกส์โบซอนและศึกษาสสารมืด เครื่องตรวจจับ ALICE มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาสสารหลังจากนั้น บิ๊กแบงและค้นหาพลาสมาควาร์ก-กลูออน และเครื่องตรวจจับ LHCb จะตรวจสอบสาเหตุของความชุกของสสารเหนือปฏิสสาร และศึกษาฟิสิกส์ของบี-ควาร์ก ในอนาคต มีการวางแผนที่จะเริ่มใช้งานเครื่องตรวจจับอีกสามเครื่อง: TOTEM, LHCf และ MoEDAL

ในการประมวลผลผลการทดลองที่ LHC จะใช้เครือข่ายคอมพิวเตอร์แบบกระจายเฉพาะ GRID ซึ่งสามารถส่งข้อมูลได้มากถึง 10 กิกะบิตต่อวินาทีไปยังศูนย์คอมพิวเตอร์ 11 แห่งทั่วโลก ทุกปี จะมีการอ่านข้อมูลมากกว่า 15 เพตาไบต์ (15,000 เทราไบต์) จากเครื่องตรวจจับ: การไหลของข้อมูลทั้งหมดของการทดลองสี่ครั้งสามารถเข้าถึง 700 เมกะไบต์ต่อวินาที , , , . ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2551 แฮกเกอร์สามารถแฮ็กหน้าเว็บของ CERN และเข้าถึงส่วนควบคุมของ Collider ได้ อย่างไรก็ตาม พนักงานของ CERN อธิบายว่าระบบควบคุม LHC นั้นแยกออกจากอินเทอร์เน็ต ในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2552 แอดเลน อิชอร์ ซึ่งเป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานเกี่ยวกับการทดลอง LHCb ที่ LHC ถูกจับกุมในข้อหาต้องสงสัยร่วมมือกับผู้ก่อการร้าย อย่างไรก็ตาม ตามที่ฝ่ายบริหารของ CERN รายงานว่า Ishor ไม่สามารถเข้าถึงสถานที่ใต้ดินของผู้ก่อการร้ายได้ และไม่ได้ทำอะไรก็ตามที่อาจเป็นประโยชน์ต่อผู้ก่อการร้าย ในเดือนพฤษภาคม 2555 อิชอร์ถูกตัดสินจำคุกห้าปี

ราคาและประวัติการก่อสร้าง

ในปี พ.ศ. 2538 ค่าใช้จ่ายในการก่อสร้าง LHC อยู่ที่ประมาณ 2.6 พันล้านฟรังก์สวิส ไม่รวมค่าใช้จ่ายในการดำเนินการทดลอง มีการวางแผนว่าการทดลองจะเริ่มใน 10 ปี - ในปี 2548 ในปี พ.ศ. 2544 งบประมาณของ CERN ถูกตัดออกและบวกกับต้นทุนการก่อสร้างจำนวน 480 ล้านฟรังก์ (ต้นทุนรวมของโครงการ ณ ขณะนั้นอยู่ที่ประมาณ 3 พันล้านฟรังก์) และสิ่งนี้นำไปสู่การปล่อยเครื่องชนกันล่าช้าไปจนถึงปี พ.ศ. 2550 ในปี พ.ศ. 2548 วิศวกรคนหนึ่งเสียชีวิตระหว่างการก่อสร้าง LHC โศกนาฏกรรมนี้เกิดจากการบรรทุกของหล่นจากรถเครน

การเปิดตัว LHC ถูกเลื่อนออกไป ไม่เพียงเพราะปัญหาด้านเงินทุนเท่านั้น ในปี พ.ศ. 2550 พบว่าการจัดหาชิ้นส่วนแม่เหล็กยิ่งยวดของ Fermilab ไม่เป็นไปตามข้อกำหนดด้านการออกแบบ ส่งผลให้การเปิดตัวเครื่องชนกันต้องล่าช้าไปหนึ่งปี

เมื่อวันที่ 10 กันยายน พ.ศ. 2551 ลำแสงโปรตอนชุดแรกถูกส่งไปที่ LHC มีการวางแผนว่าในอีกไม่กี่เดือนการชนครั้งแรกจะเกิดขึ้นที่เครื่องชนกัน แต่ในวันที่ 19 กันยายนเนื่องจากการเชื่อมต่อที่ชำรุดของแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดสองตัวที่ LHC เกิดอุบัติเหตุขึ้น: แม่เหล็กถูกปิดการใช้งานมากกว่า 6 ตัน ฮีเลียมเหลวรั่วไหลเข้าไปในอุโมงค์ และสุญญากาศในท่อคันเร่งก็พัง เครื่องชนกันต้องถูกปิดเพื่อซ่อมแซม แม้จะเกิดอุบัติเหตุ เมื่อวันที่ 21 กันยายน พ.ศ. 2551 ก็มีการจัดพิธีเปิด LHC ในตอนแรก การทดลองจะกลับมาดำเนินการต่อในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2551 แต่จากนั้นวันรีสตาร์ทก็ถูกเลื่อนออกไปเป็นเดือนกันยายน และจากนั้นไปในช่วงกลางเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2552 ในขณะที่การชนกันครั้งแรกมีการวางแผนว่าจะเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2553 เท่านั้น การทดสอบการปล่อยไอออนตะกั่วและโปรตอนครั้งแรกตามแนววงแหวน LHC หลังเกิดอุบัติเหตุเกิดขึ้นเมื่อวันที่ 23 ตุลาคม พ.ศ. 2552 เมื่อวันที่ 23 พฤศจิกายน มีการชนลำแสงครั้งแรกในเครื่องตรวจจับ ATLAS และในวันที่ 31 มีนาคม พ.ศ. 2553 เครื่องชนกันก็เริ่มทำงาน พลังงานเต็ม: ในวันนั้น มีการบันทึกการชนกันของลำโปรตอนด้วยพลังงานสูงสุดเป็นประวัติการณ์ที่ 7 TeV ในเดือนเมษายน 2555 มีการบันทึกพลังงานการชนของโปรตอนที่สูงขึ้น - 8 TeV

ในปี พ.ศ. 2552 ค่าใช้จ่ายของ LHC อยู่ที่ประมาณ 3.2 ถึง 6.4 พันล้านยูโร ทำให้เป็นการทดลองทางวิทยาศาสตร์ที่แพงที่สุดในประวัติศาสตร์ของมนุษย์

ความร่วมมือระหว่างประเทศ

มีข้อสังเกตว่าโครงการระดับ LHC ไม่สามารถสร้างได้โดยประเทศใดประเทศหนึ่งเพียงลำพัง มันถูกสร้างขึ้นจากความพยายามของประเทศสมาชิก CERN ไม่เพียง 20 ประเทศเท่านั้น แต่ยังมีนักวิทยาศาสตร์มากกว่า 10,000 คนจากกว่าร้อยประเทศทั่วโลกที่มีส่วนร่วมในการพัฒนา ตั้งแต่ปี 2009 โครงการ LHC นำโดย Rolf-Dieter Heuer ผู้อำนวยการใหญ่ของ CERN รัสเซียยังมีส่วนร่วมในการสร้าง LHC ในฐานะสมาชิกผู้สังเกตการณ์ของ CERN: ในปี 2551 นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียประมาณ 700 คนทำงานที่ Large Hadron Collider รวมถึงพนักงาน IHEP

ขณะเดียวกันนักวิทยาศาสตร์จากหนึ่งในนั้น ประเทศในยุโรปเกือบสูญเสียโอกาสในการเข้าร่วมการทดลองที่ LHC ในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2552 รัฐมนตรีวิทยาศาสตร์ออสเตรีย โยฮันเนส ฮาห์น ได้ประกาศถอนตัวของประเทศออกจาก CERN ในปี พ.ศ. 2553 โดยอธิบายว่าการเป็นสมาชิกใน CERN และการเข้าร่วมในโครงการ LHC นั้นมีค่าใช้จ่ายสูงเกินไป และไม่ก่อให้เกิดผลตอบแทนที่จับต้องได้แก่วิทยาศาสตร์และมหาวิทยาลัยในออสเตรีย การเสวนานี้เป็นเรื่องเกี่ยวกับความเป็นไปได้ที่จะประหยัดเงินได้ประมาณ 20 ล้านยูโรต่อปี ซึ่งคิดเป็นร้อยละ 2.2 ของงบประมาณของ CERN และประมาณร้อยละ 70 ของเงินทุนที่รัฐบาลออสเตรียจัดสรรเพื่อการมีส่วนร่วมในองค์กรวิจัยระดับนานาชาติ ออสเตรียสัญญาว่าจะทำการตัดสินใจขั้นสุดท้ายเกี่ยวกับการถอนตัวในฤดูใบไม้ร่วงปี 2552 อย่างไรก็ตาม ในเวลาต่อมา นายกรัฐมนตรีออสเตรีย เวอร์เนอร์ เฟย์มันน์ กล่าวว่าประเทศของเขาจะไม่ออกจากโครงการและ CERN

ข่าวลือเรื่องอันตราย

มีข่าวลือแพร่สะพัดในสื่อว่า LHC เป็นอันตรายต่อมนุษยชาติ เนื่องจากการเปิดตัวอาจนำไปสู่การสิ้นสุดของโลก เหตุผลก็คือคำกล่าวของนักวิทยาศาสตร์ว่าอันเป็นผลมาจากการชนในหลุมดำด้วยกล้องจุลทรรศน์ของ Collider อาจก่อตัวขึ้น: ความคิดเห็นปรากฏทันทีว่าทั้งโลกสามารถ "ดูด" เข้าไปในพวกมันได้และดังนั้น LHC จึงเป็น "กล่องของแพนโดร่า" ที่แท้จริง , , , , . นอกจากนี้ยังมีความเห็นว่าการค้นพบฮิกส์โบซอนจะนำไปสู่การเติบโตของมวลในจักรวาลอย่างควบคุมไม่ได้ และการทดลองเพื่อค้นหา "สสารมืด" อาจนำไปสู่การปรากฏของ "แปลกหน้า" (การแปลคำเป็นภาษารัสเซียเป็นของนักดาราศาสตร์ Sergei Popov) - "เรื่องแปลก" "ซึ่งเมื่อสัมผัสกับเรื่องธรรมดาก็สามารถเปลี่ยนให้เป็น "แถบ" ได้ มีการเปรียบเทียบกับนวนิยาย Cat's Cradle ของ Kurt Vonnegut ซึ่งเนื้อหาสมมติ Ice-Nine ทำลายชีวิตบนโลกนี้ สิ่งพิมพ์บางฉบับที่อ้างถึงความคิดเห็นของนักวิทยาศาสตร์แต่ละคนยังระบุด้วยว่าการทดลองที่ LHC อาจนำไปสู่การปรากฏตัวของ "รูหนอน" ในเวลาต่อมาซึ่งอนุภาคหรือแม้แต่สิ่งมีชีวิตสามารถถ่ายโอนไปยังโลกของเราจากอนาคตได้ อย่างไรก็ตาม ปรากฎว่าคำพูดของนักวิทยาศาสตร์ถูกบิดเบือนและตีความอย่างไม่ถูกต้องโดยนักข่าว ในตอนแรกพวกเขากำลังพูดถึง "ไทม์แมชชีนด้วยกล้องจุลทรรศน์ ด้วยความช่วยเหลือซึ่งมีเพียงอนุภาคมูลฐานแต่ละตัวเท่านั้นที่สามารถเดินทางในอดีตได้"

นักวิทยาศาสตร์กล่าวซ้ำแล้วซ้ำอีกว่าโอกาสที่จะเกิดเหตุการณ์ดังกล่าวมีน้อยมาก มีการรวมกลุ่มประเมินความปลอดภัยของ LHC พิเศษซึ่งทำการวิเคราะห์และออกรายงานเกี่ยวกับความน่าจะเป็นของภัยพิบัติที่การทดลองที่ LHC อาจนำไปสู่ ตามที่นักวิทยาศาสตร์รายงาน การชนกันของโปรตอนที่ LHC จะไม่เป็นอันตรายไปกว่าการชนกันของรังสีคอสมิกกับชุดอวกาศของนักบินอวกาศ บางครั้งพวกมันก็มีพลังงานมากกว่าที่สามารถทำได้ใน LHC สำหรับหลุมดำสมมุติ พวกมันจะ "ละลาย" โดยไม่ต้องถึงผนังของเครื่องชนกันด้วยซ้ำ , , , , , , .

อย่างไรก็ตาม ข่าวลือเกี่ยวกับภัยพิบัติที่อาจเกิดขึ้นยังคงทำให้สาธารณชนตกตะลึง ผู้สร้าง Collider ยังถูกฟ้องร้อง: คดีที่มีชื่อเสียงที่สุดเป็นของทนายความและแพทย์ชาวอเมริกัน Walter Wagner และศาสตราจารย์วิชาเคมีชาวเยอรมัน Otto Rossler พวกเขากล่าวหาว่า CERN เป็นอันตรายต่อมนุษยชาติด้วยการทดลองและละเมิด "สิทธิในการมีชีวิต" ที่รับรองโดยอนุสัญญาสิทธิมนุษยชน แต่ข้อเรียกร้องดังกล่าวถูกปฏิเสธ , , , , , สื่อมวลชนรายงานว่าเนื่องจากมีข่าวลือเกี่ยวกับ สิ้นสุดเร็ว ๆ นี้หลังจากเปิดตัว LHC ในอินเดีย เด็กหญิงวัย 16 ปีได้ฆ่าตัวตาย

ในบล็อกเกอร์ของรัสเซีย มีม "มันคงจะเหมือนกับชนกันมากกว่า" ปรากฏขึ้น ซึ่งสามารถแปลได้ว่า "มันจะเหมือนกับจุดจบของโลกมากกว่า เป็นไปไม่ได้ที่จะมองดูความอับอายนี้อีกต่อไป" เรื่องตลกที่ว่า "นักฟิสิกส์มีประเพณีที่จะรวมตัวกันและปล่อยเครื่องชนกันทุกๆ 14 พันล้านปี" ได้รับความนิยม

ผลลัพธ์ทางวิทยาศาสตร์

ข้อมูลแรกจากการทดลองที่ LHC ได้รับการเผยแพร่ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2552 เมื่อวันที่ 13 ธันวาคม 2554 ผู้เชี่ยวชาญของ CERN ประกาศว่าจากการวิจัยที่ LHC พวกเขาสามารถจำกัดขอบเขตของมวลที่เป็นไปได้ของฮิกส์โบซอนให้เหลือ 115.5-127 GeV และค้นพบสัญญาณของการมีอยู่ของอนุภาคที่ต้องการด้วย มีมวลประมาณ 126 GeV ในเดือนเดียวกันนั้น ก็มีการประกาศการค้นพบอนุภาคใหม่ซึ่งไม่ใช่ฮิกส์โบซอนและมีชื่อว่า χb (3P) เป็นครั้งแรกระหว่างการทดลองที่ LHC

เมื่อวันที่ 4 กรกฎาคม พ.ศ. 2555 ฝ่ายบริหารของ CERN ได้ประกาศการค้นพบอย่างเป็นทางการโดยมีความน่าจะเป็นร้อยละ 99.99995 ของอนุภาคใหม่ในบริเวณมวลประมาณ 126 GeV ซึ่งตามที่นักวิทยาศาสตร์ระบุว่าน่าจะเป็นฮิกส์โบซอนมากที่สุด Joe Incandela ผู้นำของหนึ่งในสองความร่วมมือทางวิทยาศาสตร์ที่ทำงานที่ LHC เรียกผลลัพธ์นี้ว่า “หนึ่งในข้อสังเกตที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในสาขาวิทยาศาสตร์นี้ในช่วง 30-40 ปีที่ผ่านมา” และ Peter Higgs เองก็ได้ประกาศการค้นพบอนุภาคดังกล่าว “การสิ้นสุดของยุคในวิชาฟิสิกส์”

โครงการในอนาคต

ในปี 2013 CERN วางแผนที่จะอัพเกรด LHC ด้วยการติดตั้งเครื่องตรวจจับที่ทรงพลังมากขึ้น และเพิ่มกำลังโดยรวมของเครื่องชนกัน โครงการปรับปรุงให้ทันสมัยเรียกว่า Super Large Hadron Collider (SLHC) นอกจากนี้ยังมีแผนจะสร้างเครื่องชนเชิงเส้นระหว่างประเทศ (ILC) ท่อของมันจะมีความยาวหลายสิบกิโลเมตร และควรจะถูกกว่า LHC เนื่องจากการออกแบบไม่จำเป็นต้องใช้แม่เหล็กยิ่งยวดราคาแพง ILC อาจจะถูกสร้างขึ้นใน Dubna, ,

นอกจากนี้ ผู้เชี่ยวชาญและนักวิทยาศาสตร์ของ CERN บางคนจากสหรัฐอเมริกาและญี่ปุ่นเสนอให้เริ่มทำงานกับเครื่องชนแฮดรอนขนาดใหญ่มาก (VLHC) ใหม่หลังจากเสร็จสิ้น LHC

วัสดุที่ใช้แล้ว

คริส วิคแฮม, โรเบิร์ต อีแวนส์- "มันคือโบซอน:" ภารกิจของฮิกส์มีอนุภาคใหม่ - สำนักข่าวรอยเตอร์, 05.07.2012

ลูซี คริสตี้, มารี โนแอล เบลสซิก- ร่างกาย: decouverte de la "particule de Dieu"? - สำนักข่าวฝรั่งเศส-Presse, 04.07.2012

เดนนิส โอเวอร์บาย- นักฟิสิกส์ค้นพบอนุภาคที่เข้าใจยากซึ่งถือเป็นกุญแจสู่จักรวาล - เดอะนิวยอร์กไทมส์, 04.07.2012

Adlene Hicheur ประณามการติดคุก ไม่ต้องทนทุกข์อีกต่อไป - แอล"เอ็กซ์เพรส, 04.05.2012

เครื่องชนอนุภาคเพิ่มภารกิจในการสำรวจจักรวาล - สำนักข่าวฝรั่งเศส-Presse, 06.04.2012

โจนาธาน เอมอส- LHC รายงานการค้นพบอนุภาคใหม่ตัวแรกของมัน - ข่าวจากบีบีซี, 22.12.2011

เลโอนิด โปปอฟ- อนุภาคใหม่ตัวแรกถูกจับที่ LHC - เมมเบรน, 22.12.2011

สตีเฟน แชงค์แลนด์- นักฟิสิกส์ของ CERN พบร่องรอยของฮิกส์โบซอน - ซีเน็ต, 13.12.2011

พอล รินคอน- LHC: ฮิกส์โบซอน "อาจถูกมองข้าม" - ข่าวจากบีบีซี, 13.12.2011

ใช่แล้ว เราทำได้แล้ว! - แถลงการณ์ของเซิร์น, 31.03.2010

ริชาร์ด เวบบ์- นักฟิสิกส์แข่งกันเพื่อเผยแพร่ผลลัพธ์แรกจาก LHC - นักวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่, 21.12.2009

ข่าวประชาสัมพันธ์- ลำแสงหมุนเวียนสองลำทำให้เกิดการชนกันครั้งแรกใน LHC - เซิร์น (cern.ch), 23.11.2009

อนุภาคกลับมาอยู่ใน LHC แล้ว! - เซิร์น (cern.ch), 26.10.2009

ไอออนตะกั่วตัวแรกใน LHC - การทดสอบการฉีด LHC (lhc-injection-test.web.cern.ch), 26.10.2009

ชาร์ลส์ เบรมเนอร์, อดัม เซจ- Adlene Hicheur นักฟิสิกส์ Hadron Collider ถูกตั้งข้อหาก่อการร้าย - เวลา, 13.10.2009

เดนนิส โอเวอร์บาย- ฝรั่งเศสสืบสวนนักวิทยาศาสตร์ในการสอบสวนการก่อการร้ายอย่างเป็นทางการ - เดอะนิวยอร์กไทมส์, 13.10.2009

Super Collider ของตัวนำยิ่งยวดจะเหลืออะไรอีก - ฟิสิกส์วันนี้, 06.10.2009

LHC จะทำงานที่ 3.5 TeV สำหรับช่วงต้นปี 2552-2553 และจะเพิ่มขึ้นในภายหลัง - เซิร์น (cern.ch), 06.08.2009

คณะกรรมการทดลอง LHC - เซิร์น (cern.ch), 30.06.2009

เป็นการค้นหาวิธีรวมสองทฤษฎีพื้นฐานเข้าด้วยกัน ได้แก่ GTR (เกี่ยวกับทฤษฎีความโน้มถ่วง) และแบบจำลองมาตรฐาน (แบบจำลองมาตรฐานที่รวมทฤษฎีพื้นฐาน 3 ประการเข้าด้วยกัน ปฏิสัมพันธ์ทางกายภาพ– แม่เหล็กไฟฟ้า แรงและอ่อน) การค้นหาวิธีแก้ปัญหาก่อนการสร้าง LHC ถูกขัดขวางโดยความยากลำบากในการสร้างทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัม

การสร้างสมมติฐานนี้เกี่ยวข้องกับการรวมทฤษฎีทางกายภาพสองทฤษฎีเข้าด้วยกัน ได้แก่ กลศาสตร์ควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

ในการทำเช่นนี้มีการใช้แนวทางที่ได้รับความนิยมและทันสมัยหลายประการ - ทฤษฎีสตริง, ทฤษฎีเบรน, ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงยิ่งยวดและทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัม ก่อนจะสร้างเครื่องชนกัน ปัญหาหลักในการทำการทดลองที่จำเป็นคือการขาดพลังงานซึ่งไม่สามารถทำได้ด้วยเครื่องเร่งอนุภาคที่มีประจุสมัยใหม่อื่น ๆ

Geneva LHC เปิดโอกาสให้นักวิทยาศาสตร์ทำการทดลองที่เป็นไปไม่ได้ก่อนหน้านี้ เชื่อกันว่าในอนาคตอันใกล้นี้จะมีอุปกรณ์ช่วยอีกมากมาย ทฤษฎีฟิสิกส์- หนึ่งในปัญหาที่สำคัญที่สุดคือทฤษฎีสมมาตรยิ่งยวดหรือทฤษฎีสตริง ซึ่งแบ่งฟิสิกส์ออกเป็นสองค่ายมายาวนาน - "สตริงเกอร์" และคู่แข่ง

การทดลองพื้นฐานอื่นๆ ดำเนินการโดยเป็นส่วนหนึ่งของงาน LHC

การวิจัยของนักวิทยาศาสตร์ในสาขาการศึกษา top- ซึ่งเป็นควาร์กที่หนักที่สุดและหนักที่สุด (173.1 ± 1.3 GeV/c²) ของอนุภาคมูลฐานทั้งหมดที่รู้จักในปัจจุบัน ก็น่าสนใจเช่นกัน

เนื่องจากคุณสมบัตินี้ ก่อนที่จะมีการสร้าง LHC นักวิทยาศาสตร์จึงสามารถสังเกตควาร์กได้ที่เครื่องเร่งเทวาตรอนเท่านั้น เนื่องจากอุปกรณ์อื่นๆ ไม่มีพลังงานและพลังงานเพียงพอ ในทางกลับกัน ทฤษฎีควาร์กก็คือ องค์ประกอบที่สำคัญสมมติฐานที่น่าตื่นเต้นเกี่ยวกับฮิกส์โบซอน

นักวิทยาศาสตร์ดำเนินการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ทั้งหมดเกี่ยวกับการสร้างและศึกษาคุณสมบัติของควาร์กในห้องอบไอน้ำท็อปควาร์ก-แอนติควาร์กที่ LHC

เป้าหมายสำคัญของโครงการเจนีวาก็คือกระบวนการศึกษากลไกของสมมาตรแบบอิเล็กโตรอ่อนแอ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการพิสูจน์การทดลองของการมีอยู่ของฮิกส์โบซอนด้วย เพื่อกำหนดปัญหาให้แม่นยำยิ่งขึ้น หัวข้อการศึกษาไม่ได้เกี่ยวกับโบซอนมากนัก แต่เป็นกลไกในการทำลายความสมมาตรของปฏิกิริยาอิเล็กโทรอ่อนแอที่ปีเตอร์ ฮิกส์ ทำนายไว้

ภายในกรอบของ LHC ยังมีการทดลองเพื่อค้นหาสมมาตรยิ่งยวด - และผลลัพธ์ที่ต้องการจะเป็นทฤษฎีที่ว่า อนุภาคมูลฐานมักจะมาพร้อมกับคู่หูที่หนักกว่าและการโต้แย้งของเธอ

ข้อเท็จจริงบางประการเกี่ยวกับ Large Hadron Collider วิธีการและเหตุผลที่มันถูกสร้างขึ้น การใช้งานของมันคืออะไร และสิ่งที่อาจก่อให้เกิดอันตรายต่อมนุษยชาติ

1. การก่อสร้าง LHC หรือ Large Hadron Collider เกิดขึ้นในปี 1984 และเริ่มในปี 2001 เท่านั้น 5 ปีต่อมาในปี 2006 ด้วยความพยายามของวิศวกรและนักวิทยาศาสตร์มากกว่า 10,000 คนจาก รัฐที่แตกต่างกันการก่อสร้างเครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่แล้วเสร็จ

2. LHC เป็นสถานที่ทดลองที่ใหญ่ที่สุดในโลก

3. แล้วทำไมถึงเกิด Large Hadron Collider?
มันถูกเรียกว่าใหญ่เนื่องจากมีขนาดใหญ่: ความยาวของวงแหวนหลักที่อนุภาคถูกขับเคลื่อนคือประมาณ 27 กม.
Hadronic - เนื่องจากการติดตั้งจะเร่งแฮดรอน (อนุภาคที่ประกอบด้วยควาร์ก)
Collider - เนื่องจากลำแสงของอนุภาคเร่งไปในทิศทางตรงกันข้ามซึ่งชนกันที่จุดพิเศษ

4. Large Hadron Collider มีไว้เพื่ออะไร? LHC เป็นศูนย์วิจัยล้ำสมัยที่นักวิทยาศาสตร์ทำการทดลองกับอะตอม การชนกันของไอออน และโปรตอนซึ่งกันและกันด้วยความเร็วมหาศาล นักวิทยาศาสตร์หวังว่าจะใช้การวิจัยเพื่อปกปิดความลึกลับของการกำเนิดจักรวาล

5. โครงการนี้ทำให้ชุมชนวิทยาศาสตร์ต้องสูญเสียเงินจำนวนมหาศาลถึง 6 พันล้านดอลลาร์ อย่างไรก็ตาม รัสเซียได้มอบหมายผู้เชี่ยวชาญ 700 คนให้กับ LHC ซึ่งยังคงทำงานอยู่ในปัจจุบัน คำสั่งซื้อของ LHC ทำให้วิสาหกิจของรัสเซียมีมูลค่าประมาณ 120 ล้านดอลลาร์

6. ไม่ต้องสงสัยเลยว่าการค้นพบหลักที่ LHC คือการค้นพบฮิกส์โบซอนในปี 2012 หรือที่เรียกกันว่า "อนุภาคพระเจ้า" ฮิกส์โบซอนคือจุดเชื่อมต่อสุดท้ายในโมเดลมาตรฐาน เหตุการณ์สำคัญอีกเหตุการณ์หนึ่งที่ Bak'e ก็คือความสำเร็จของพลังงานการชนกันที่ 2.36 เทราอิเล็กตรอนโวลต์

7. นักวิทยาศาสตร์บางคน รวมถึงในรัสเซีย เชื่อว่าด้วยการทดลองขนาดใหญ่ที่ CERN (องค์การเพื่อการวิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป ซึ่งเป็นที่ตั้งของเครื่องชนจริงๆ) นักวิทยาศาสตร์จะสามารถสร้างไทม์แมชชีนเครื่องแรกของโลกได้ อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ไม่เห็นด้วยกับการมองโลกในแง่ดีของเพื่อนร่วมงาน

8. ความกังวลหลักของมนุษยชาติเกี่ยวกับเครื่องเร่งอนุภาคที่ทรงพลังที่สุดในโลกนั้นขึ้นอยู่กับอันตรายที่คุกคามมนุษยชาติอันเป็นผลมาจากการก่อตัวของหลุมดำขนาดจิ๋วที่สามารถดักจับสสารที่อยู่รอบๆ ได้ มีภัยคุกคามที่อาจเกิดขึ้นและอันตรายอย่างยิ่งอีกประการหนึ่ง - การเกิดขึ้นของ straplets (มาจาก Strange Droplet) ซึ่งตามสมมุติฐานแล้วสามารถชนกับนิวเคลียสของอะตอมได้ก่อตัวขึ้นเรื่อย ๆ ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของจักรวาลทั้งหมด อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ที่ได้รับความเคารพนับถือมากที่สุดส่วนใหญ่กล่าวว่าผลลัพธ์ดังกล่าวไม่น่าเป็นไปได้ แต่เป็นไปได้ในทางทฤษฎี

9. ในปี 2551 CERN ถูกผู้อยู่อาศัยสองคนในรัฐฮาวายฟ้อง พวกเขากล่าวหาว่า CERN พยายามยุติมนุษยชาติด้วยความประมาทเลินเล่อ โดยเรียกร้องการรับประกันความปลอดภัยจากนักวิทยาศาสตร์

10. Large Hadron Collider ตั้งอยู่ในสวิตเซอร์แลนด์ใกล้กับเมืองเจนีวา มีพิพิธภัณฑ์ที่ CERN ซึ่งผู้เยี่ยมชมจะได้รับการอธิบายอย่างชัดเจนเกี่ยวกับหลักการทำงานของเครื่องชนกันและเหตุใดจึงถูกสร้างขึ้น

11 - และสุดท้าย เกร็ดน่ารู้เล็กๆ น้อยๆ เมื่อพิจารณาจากข้อความค้นหาใน Yandex หลายคนที่กำลังมองหาข้อมูลเกี่ยวกับ Large Hadron Collider ไม่ทราบวิธีสะกดชื่อคันเร่งอย่างถูกต้อง ตัวอย่างเช่น พวกเขาเขียนว่า "andronic" (และพวกเขาไม่เพียงแต่เขียนเท่านั้น NTV รายงานที่มีค่า aAndronic Collider ของพวกเขา) บางครั้งพวกเขาก็เขียนว่า "android" (The Empire Strikes Back) ในอินเทอร์เน็ตชนชั้นกลางพวกเขาก็ไม่ล้าหลังและแทนที่จะพิมพ์ "hadron" พวกเขาพิมพ์ "hardon" ลงในเครื่องมือค้นหา (ในภาษาอังกฤษออร์โธดอกซ์ hard-on - hard-on) รูปแบบการสะกดที่น่าสนใจในภาษาเบลารุสคือ "Vyaliki gadronny paskaralnik" ซึ่งแปลว่า "ตัวเร่ง gadrony ขนาดใหญ่"

แฮดรอนคอลไลเดอร์ รูปถ่าย

วลี “Large Hadron Collider” ฝังแน่นอยู่ในสื่อจนผู้คนจำนวนมากรู้เกี่ยวกับสถานที่จัดวางนี้ รวมถึงกิจกรรมที่ไม่เกี่ยวข้องกับฟิสิกส์ของอนุภาคมูลฐาน หรือกับวิทยาศาสตร์โดยทั่วไปเลย

อันที่จริงสื่อไม่สามารถเพิกเฉยต่อโครงการขนาดใหญ่และมีราคาแพงเช่นนี้ได้ - การติดตั้งวงแหวนยาวเกือบ 27 กิโลเมตรซึ่งมีค่าใช้จ่ายหลายหมื่นล้านดอลลาร์ซึ่งนักวิทยาศาสตร์หลายพันคนจากทั่วทุกมุมโลกทำงาน การสนับสนุนที่สำคัญต่อความนิยมของคอลไลเดอร์นั้นเกิดจากสิ่งที่เรียกว่า "อนุภาคพระเจ้า" หรือฮิกส์โบซอนซึ่งโฆษณาได้สำเร็จและปีเตอร์ฮิกส์ได้รับ รางวัลโนเบลในวิชาฟิสิกส์ในปี 2556

ประการแรก ควรสังเกตว่า Large Hadron Collider ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นตั้งแต่เริ่มต้น แต่เกิดขึ้นบนที่ตั้งของ Large Electron-Positron Collider (LEP) รุ่นก่อน การก่อสร้างอุโมงค์ความยาว 27 กิโลเมตรนี้เริ่มต้นขึ้นในปี 1983 ซึ่งต่อมามีการวางแผนเพื่อค้นหาเครื่องเร่งความเร็วที่จะชนอิเล็กตรอนและโพซิตรอน ในปี 1988 อุโมงค์วงแหวนปิดลง และคนงานก็เข้าใกล้อุโมงค์อย่างระมัดระวัง โดยที่ปลายทั้งสองของอุโมงค์ต่างกันเพียง 1 เซนติเมตร

เครื่องเร่งความเร็วทำงานจนถึงสิ้นปี พ.ศ. 2543 เมื่อถึงระดับพลังงานสูงสุดที่ 209 GeV หลังจากนั้นก็เริ่มรื้อถอน ตลอดระยะเวลา 11 ปีของการดำเนินงาน LEP ได้นำการค้นพบมากมายมาสู่ฟิสิกส์ รวมถึงการค้นพบโบซอน W และ Z และพวกมัน การวิจัยต่อไป- จากผลการศึกษาเหล่านี้ สรุปได้ว่ากลไกของปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าและปฏิกิริยาแบบอ่อนมีความคล้ายคลึงกัน ซึ่งเป็นผลมาจากงานทางทฤษฎีที่เริ่มต้นในการรวมปฏิกิริยาเหล่านี้เข้ากับอิเล็กโทรอ่อนแอ

ในปี พ.ศ. 2544 การก่อสร้างเครื่องชนแฮดรอนขนาดใหญ่เริ่มต้นขึ้นที่บริเวณเครื่องเร่งอิเล็กตรอน-โพซิตรอน การก่อสร้างคันเร่งใหม่แล้วเสร็จเมื่อปลายปี พ.ศ. 2550 ตั้งอยู่ที่ไซต์ LEP บนชายแดนระหว่างฝรั่งเศสและสวิตเซอร์แลนด์ในหุบเขาทะเลสาบเจนีวา (15 กม. จากเจนีวา) ที่ระดับความลึกหนึ่งร้อยเมตร ในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2551 การทดสอบเครื่องชนกันเริ่มขึ้น และในวันที่ 10 กันยายน มีการเปิดตัว LHC อย่างเป็นทางการ เช่นเดียวกับเครื่องเร่งความเร็วรุ่นก่อน การก่อสร้างและการดำเนินงานของโรงงานนี้อยู่ภายใต้การนำขององค์การเพื่อการวิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป (CERN)

เซิร์น

เป็นเรื่องที่ควรค่าแก่การกล่าวถึงโดยย่อเกี่ยวกับองค์กรของ CERN (Conseil Européenne pour la Recherche Nucléaire) องค์กรนี้ทำหน้าที่เป็นห้องปฏิบัติการที่ใหญ่ที่สุดในโลกในด้านฟิสิกส์พลังงานสูง ประกอบด้วยพนักงานประจำสามพันคน และนักวิจัยและนักวิทยาศาสตร์อีกหลายพันคนจาก 80 ประเทศเข้าร่วมในโครงการของ CERN

ขณะนี้มี 22 ประเทศที่เข้าร่วมโครงการ ได้แก่ เบลเยียม เดนมาร์ก ฝรั่งเศส เยอรมนี กรีซ อิตาลี เนเธอร์แลนด์ นอร์เวย์ สวีเดน สวิตเซอร์แลนด์ บริเตนใหญ่ - ผู้ก่อตั้ง ออสเตรีย สเปน โปรตุเกส ฟินแลนด์ โปแลนด์ ฮังการี , สาธารณรัฐเช็ก, สโลวาเกีย, บัลแกเรีย และโรมาเนีย – ภาคยานุวัติ อย่างไรก็ตามดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น มีอีกหลายสิบประเทศที่มีส่วนร่วมในงานขององค์กรไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง และโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ Large Hadron Collider

Large Hadron Collider ทำงานอย่างไร

Large Hadron Collider คืออะไรและทำงานอย่างไรเป็นคำถามหลักที่เป็นประโยชน์ต่อสาธารณะ ลองดูคำถามเหล่านี้เพิ่มเติม

Collider - แปลจากภาษาอังกฤษแปลว่า "ผู้ที่ชนกัน" วัตถุประสงค์ของการตั้งค่าดังกล่าวคือการชนกันของอนุภาค ในกรณีของแฮดรอนคอลไลเดอร์ อนุภาคจะถูกเล่นโดยฮาดรอน ซึ่งเป็นอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์รุนแรง เหล่านี้คือโปรตอน

การได้รับโปรตอน

การเดินทางอันยาวนานของโปรตอนมีต้นกำเนิดในดูโอพลาสมาตรอนซึ่งเป็นระยะแรกของเครื่องเร่งความเร็วซึ่งรับไฮโดรเจนในรูปของก๊าซ ดูโอพลาสมาตรอนเป็นห้องจำหน่ายซึ่งมีการปล่อยกระแสไฟฟ้าผ่านก๊าซ ดังนั้นไฮโดรเจนซึ่งประกอบด้วยอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวและโปรตอนเพียงตัวเดียวจึงสูญเสียอิเล็กตรอนไป ด้วยวิธีนี้พลาสมาจะเกิดขึ้น - สารที่ประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุ - โปรตอน แน่นอนว่าเป็นเรื่องยากที่จะได้รับโปรตอนพลาสมาบริสุทธิ์ ดังนั้นพลาสมาที่ได้ซึ่งรวมถึงกลุ่มเมฆของโมเลกุลไอออนและอิเล็กตรอนจึงถูกกรองเพื่อแยกเมฆโปรตอนออกจากกัน ภายใต้อิทธิพลของแม่เหล็ก โปรตอนพลาสมาถูกกระแทกเข้าไปในลำแสง

ความเร่งเบื้องต้นของอนุภาค

ลำแสงโปรตอนที่สร้างขึ้นใหม่เริ่มต้นการเดินทางในเครื่องเร่งเชิงเส้น LINAC 2 ซึ่งเป็นวงแหวนยาว 30 เมตรแขวนตามลำดับโดยมีอิเล็กโทรด (ตัวนำ) ทรงกระบอกกลวงหลายอัน สนามไฟฟ้าสถิตที่สร้างขึ้นภายในเครื่องเร่งความเร็วจะถูกจัดระดับในลักษณะที่อนุภาคระหว่างกระบอกสูบกลวงจะได้รับแรงเร่งในทิศทางของอิเล็กโทรดถัดไปเสมอ โดยไม่ต้องเจาะลึกถึงกลไกการเร่งความเร็วของโปรตอนโดยสิ้นเชิงด้วย ที่เวทีนี้เราทราบเพียงว่าที่เอาท์พุตจาก LINAC 2 นักฟิสิกส์จะได้รับลำแสงโปรตอนที่มีพลังงาน 50 MeV ซึ่งถึง 31% ของความเร็วแสงแล้ว เป็นที่น่าสังเกตว่าในกรณีนี้มวลของอนุภาคจะเพิ่มขึ้น 5%

ภายในปี 2562-2563 มีการวางแผนที่จะแทนที่ LINAC 2 ด้วย LINAC 4 ซึ่งจะเร่งโปรตอนเป็น 160 MeV

เป็นที่น่าสังเกตว่าตัวชนยังเร่งไอออนของตะกั่วด้วยซึ่งจะทำให้สามารถศึกษาพลาสมาควาร์ก - กลูออนได้ พวกมันถูกเร่งความเร็วในวงแหวน LINAC 3 ซึ่งคล้ายกับ LINAC 2 ในอนาคตก็มีการวางแผนการทดลองกับอาร์กอนและซีนอนด้วย

ถัดไป แพ็กเก็ตโปรตอนจะเข้าสู่โปรตอนซิงโครนัสบูสเตอร์ (PSB) ประกอบด้วยวงแหวนซ้อนทับสี่วงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 50 เมตรซึ่งมีตัวสะท้อนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอยู่ สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่พวกเขาสร้างขึ้นมีความเข้มสูงและอนุภาคที่ผ่านไปจะได้รับการเร่งความเร็วอันเป็นผลมาจากความต่างศักย์ของสนาม ดังนั้น หลังจากเวลาเพียง 1.2 วินาที อนุภาคจะถูกเร่งใน PSB เป็น 91% ของความเร็วแสงและมีพลังงาน 1.4 GeV หลังจากนั้นอนุภาคจะเข้าสู่โปรตอนซินโครตรอน (PS) PS มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 628 เมตร และติดตั้งแม่เหล็ก 27 ชิ้นที่ควบคุมลำอนุภาคในวงโคจรเป็นวงกลม ที่นี่อนุภาคโปรตอนถึง 26 GeV

วงแหวนสุดท้ายสำหรับการเร่งโปรตอนคือ Super Proton Synchrotron (SPS) ซึ่งมีเส้นรอบวงถึง 7 กิโลเมตร SPS ติดตั้งด้วยแม่เหล็ก 1317 ตัว เร่งอนุภาคให้มีพลังงาน 450 GeV หลังจากนั้นประมาณ 20 นาที ลำแสงโปรตอนจะเข้าสู่วงแหวนหลัก - Large Hadron Collider (LHC)

ความเร่งและการชนกันของอนุภาคใน LHC

การเปลี่ยนผ่านระหว่างวงแหวนคันเร่งเกิดขึ้นผ่านสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยแม่เหล็กอันทรงพลัง วงแหวนหลักของคอลไลเดอร์ประกอบด้วยเส้นขนานสองเส้นซึ่งอนุภาคเคลื่อนที่เป็นวงโคจรเป็นวงกลมในทิศทางตรงกันข้าม แม่เหล็กประมาณ 10,000 ชิ้นมีหน้าที่รักษาวิถีการเคลื่อนที่เป็นวงกลมของอนุภาคและนำพวกมันไปยังจุดที่ชนกัน ซึ่งบางอันมีน้ำหนักมากถึง 27 ตัน เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้แม่เหล็กร้อนเกินไปจึงใช้วงจรฮีเลียม-4 ซึ่งสารประมาณ 96 ตันไหลที่อุณหภูมิ -271.25 ° C (1.9 K) โปรตอนมีพลังงาน 6.5 TeV (นั่นคือพลังงานการชนคือ 13 TeV) ในขณะที่ความเร็วของพวกมันน้อยกว่าความเร็วแสง 11 กม./ชม. ดังนั้นในไม่กี่วินาที ลำแสงโปรตอนจึงผ่านวงแหวนขนาดใหญ่ของคอลไลเดอร์ 11,000 ครั้ง ก่อนที่อนุภาคจะชนกัน พวกมันจะหมุนวนรอบวงแหวนเป็นเวลา 5 ถึง 24 ชั่วโมง

การชนกันของอนุภาคเกิดขึ้นที่สี่จุดในวงแหวน LHC หลัก ซึ่งมีเครื่องตรวจจับสี่ตัวตั้งอยู่: ATLAS, CMS, ALICE และ LHCb

เครื่องตรวจจับแฮดรอนคอลไลเดอร์ขนาดใหญ่

ATLAS (อุปกรณ์ LHC แบบ Toroidal)

— เป็นหนึ่งในสองเครื่องตรวจจับวัตถุประสงค์ทั่วไปที่ Large Hadron Collider (LHC) เขาสำรวจฟิสิกส์หลายประเภท ตั้งแต่การค้นหาฮิกส์โบซอนไปจนถึงอนุภาคที่อาจประกอบเป็นสสารมืด แม้ว่าจะมีเป้าหมายทางวิทยาศาสตร์เหมือนกับการทดลอง CMS แต่ ATLAS ก็ใช้วิธีแก้ปัญหาทางเทคนิคที่แตกต่างกันและการออกแบบระบบแม่เหล็กที่แตกต่างกัน

ลำแสงอนุภาคจาก LHC ชนกันที่ศูนย์กลางของเครื่องตรวจจับ ATLAS ทำให้เกิดเศษซากที่พุ่งเข้ามาในรูปของอนุภาคใหม่ที่บินออกจากจุดชนไปทุกทิศทาง ระบบย่อยการตรวจจับที่แตกต่างกันหกระบบ ซึ่งจัดเรียงเป็นชั้นๆ รอบจุดที่เกิดการกระแทก บันทึกเส้นทาง โมเมนตัม และพลังงานของอนุภาค ทำให้สามารถระบุอนุภาคเหล่านั้นแยกกันได้ ระบบแม่เหล็กขนาดใหญ่โค้งงอเส้นทางของอนุภาคที่มีประจุเพื่อให้สามารถวัดแรงกระตุ้นได้

การโต้ตอบในเครื่องตรวจจับ ATLAS ทำให้เกิดกระแสข้อมูลจำนวนมหาศาล ในการประมวลผลข้อมูลนี้ ATLAS จะใช้ระบบ "ทริกเกอร์" ขั้นสูงเพื่อบอกเครื่องมือตรวจจับว่าเหตุการณ์ใดที่ควรบันทึกและเหตุการณ์ใดที่ควรเพิกเฉย จากนั้นจะใช้ระบบการเก็บข้อมูลและการคำนวณที่ซับซ้อนเพื่อวิเคราะห์เหตุการณ์การชนกันที่บันทึกไว้

เครื่องตรวจจับมีความสูง 46 เมตร กว้าง 25 เมตร และมีมวล 7,000 ตัน พารามิเตอร์เหล่านี้ทำให้ ATLAS เป็นเครื่องตรวจจับอนุภาคที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมา ตั้งอยู่ในอุโมงค์ที่ระดับความลึก 100 เมตร ใกล้กับสถานที่หลักของ CERN ใกล้หมู่บ้าน Meyrin ในสวิตเซอร์แลนด์ การติดตั้งประกอบด้วย 4 องค์ประกอบหลัก:

เครื่องตรวจจับด้านในมีรูปทรงกระบอก วงแหวนด้านในอยู่ห่างจากแกนของลำแสงอนุภาคที่ผ่านเพียงไม่กี่เซนติเมตร และวงแหวนด้านนอกมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.1 เมตรและยาว 6.2 เมตร ประกอบด้วยสาม ระบบต่างๆเซ็นเซอร์ที่แช่อยู่ในสนามแม่เหล็ก เครื่องตรวจจับภายในจะวัดทิศทาง โมเมนตัม และประจุของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าที่เกิดจากการชนกันของโปรตอน-โปรตอนแต่ละครั้ง องค์ประกอบหลักของเครื่องตรวจจับภายในได้แก่: เครื่องตรวจจับพิกเซล ตัวติดตามสารกึ่งตัวนำ (SCT) และเครื่องติดตามรังสีทรานซิชัน (TRT)

เครื่องวัดความร้อนจะวัดพลังงานที่อนุภาคสูญเสียไปเมื่อผ่านเครื่องตรวจจับ มันดูดซับอนุภาคที่เกิดขึ้นระหว่างการชน เพื่อบันทึกพลังงานของพวกมัน เครื่องวัดปริมาณความร้อนประกอบด้วยชั้นของวัสดุ “ดูดซับ” ความหนาแน่นสูง—ตะกั่ว—สลับกับชั้นของ “ตัวกลางที่ใช้งาน”—อาร์กอนของเหลว เครื่องวัดความร้อนแม่เหล็กไฟฟ้าจะวัดพลังงานของอิเล็กตรอนและโฟตอนเมื่อมีปฏิกิริยากับสสาร เครื่องวัดความร้อนของแฮดรอนจะวัดพลังงานของฮาดรอนเมื่อมีปฏิกิริยากับนิวเคลียสของอะตอม เครื่องวัดความร้อนสามารถหยุดอนุภาคที่รู้จักส่วนใหญ่ได้ ยกเว้นมิวออนและนิวตริโน

LAr (เครื่องวัดความร้อนอาร์กอนเหลว) - เครื่องวัดความร้อน ATLAS

Muon Spectrometer - ประกอบด้วยห้องมิวออน 4,000 ห้องที่ใช้เทคโนโลยีที่แตกต่างกันสี่แบบเพื่อระบุมิวออนและวัดโมเมนตาของพวกมัน โดยทั่วไปมิวออนจะผ่านตัวตรวจจับภายในและแคลอริมิเตอร์ ซึ่งต้องใช้มิวออนสเปกโตรมิเตอร์

ระบบแม่เหล็กของ ATLAS โค้งงออนุภาครอบๆ ระบบเครื่องตรวจจับในชั้นต่างๆ ทำให้ติดตามรอยทางอนุภาคได้ง่ายขึ้น

การทดลอง ATLAS (กุมภาพันธ์ 2555) เกี่ยวข้องกับนักวิทยาศาสตร์มากกว่า 3,000 คนจาก 174 สถาบันใน 38 ประเทศ

CMS (โซลินอยด์มิวออนขนาดกะทัดรัด)

— เป็นเครื่องตรวจจับวัตถุประสงค์ทั่วไปที่ Large Hadron Collider (LHC) เช่นเดียวกับ ATLAS มีโปรแกรมฟิสิกส์ที่กว้างขวาง ตั้งแต่การศึกษาแบบจำลองมาตรฐาน (รวมถึงฮิกส์โบซอน) ไปจนถึงการค้นหาอนุภาคที่อาจประกอบเป็นสสารมืด แม้ว่าจะมีเป้าหมายทางวิทยาศาสตร์เหมือนกับการทดลอง ATLAS แต่ CMS ก็ใช้วิธีแก้ปัญหาทางเทคนิคที่แตกต่างกันและการออกแบบระบบแม่เหล็กที่แตกต่างกัน

เครื่องตรวจจับ CMS สร้างขึ้นโดยมีแม่เหล็กโซลินอยด์ขนาดใหญ่ เป็นขดลวดตัวนำยิ่งยวดทรงกระบอกที่สร้างสนามแม่เหล็ก 4 เทสลา หรือประมาณ 100,000 เท่าของสนามแม่เหล็กโลก สนามนี้ถูกจำกัดด้วย "แอก" เหล็ก ซึ่งเป็นส่วนประกอบที่ใหญ่ที่สุดของเครื่องตรวจจับ ซึ่งมีน้ำหนัก 14,000 ตัน เครื่องตรวจจับที่สมบูรณ์มีความยาว 21 ม. กว้าง 15 ม. และสูง 15 ม. การติดตั้งประกอบด้วย 4 องค์ประกอบหลัก:

แม่เหล็กโซลินอยด์เป็นแม่เหล็กที่ใหญ่ที่สุดในโลกและทำหน้าที่โค้งงอวิถีของอนุภาคมีประจุที่ปล่อยออกมาจากจุดที่กระแทก การบิดเบี้ยวของวิถีทำให้สามารถแยกแยะระหว่างอนุภาคที่มีประจุบวกและประจุลบได้ (เนื่องจากพวกมันโค้งงอไปในทิศทางตรงกันข้าม) รวมถึงการวัดโมเมนตัม ซึ่งขนาดจะขึ้นอยู่กับความโค้งของวิถี โซลินอยด์ขนาดใหญ่ทำให้สามารถวางตัวติดตามและแคลอรีมิเตอร์ภายในขดลวดได้
Silicon Tracker - ประกอบด้วยเซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิกส์ 75 ล้านตัวที่จัดเรียงในชั้นที่มีศูนย์กลางร่วมกัน เมื่ออนุภาคมีประจุบินผ่านชั้นต่างๆ ของตัวติดตาม มันจะถ่ายโอนพลังงานส่วนหนึ่งไปยังแต่ละชั้น การรวมจุดชนกันของอนุภาคเข้ากับชั้นต่างๆ ช่วยให้เราสามารถกำหนดวิถีของมันเพิ่มเติมได้
เครื่องวัดความร้อน – อิเล็กตรอนและฮาโดรนิก ดูเครื่องวัดความร้อน ATLAS
เครื่องตรวจจับย่อย - ช่วยให้คุณตรวจจับมิวออน พวกมันแสดงด้วยห้องมิวออน 1,400 ห้อง ซึ่งตั้งอยู่ในชั้นนอกขดลวด สลับกับแผ่นโลหะของ "แอก"

การทดลอง CMS เป็นหนึ่งในการทดลองระดับนานาชาติที่ใหญ่ที่สุด การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ในประวัติศาสตร์ โดยมีผู้เข้าร่วม 4,300 คน: นักฟิสิกส์อนุภาค วิศวกรและช่างเทคนิค นักศึกษา และเจ้าหน้าที่สนับสนุนจากสถาบัน 182 แห่งใน 42 ประเทศ (กุมภาพันธ์ 2014)

ALICE (การทดลองเครื่องชนไอออนขนาดใหญ่)

— เป็นเครื่องตรวจจับไอออนหนักบนวงแหวนของ Large Hadron Collider (LHC) ได้รับการออกแบบมาเพื่อศึกษาฟิสิกส์ของสสารที่มีปฏิสัมพันธ์รุนแรงที่ความหนาแน่นพลังงานสูงมาก โดยจะเกิดเฟสของสสารที่เรียกว่าพลาสมาควาร์ก-กลูออน

สสารธรรมดาทั้งหมดในจักรวาลปัจจุบันประกอบด้วยอะตอม แต่ละอะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสของโปรตอนและนิวตรอน (ยกเว้นไฮโดรเจนซึ่งไม่มีนิวตรอน) ล้อมรอบด้วยเมฆอิเล็กตรอน ในทางกลับกัน โปรตอนและนิวตรอนประกอบด้วยควาร์กที่เกาะติดกับอนุภาคอื่นที่เรียกว่ากลูออน ไม่เคยมีการสังเกตควาร์กแยกจากกัน ควาร์กและกลูออนดูเหมือนจะเกาะติดกันอย่างถาวรและกักขังอยู่ภายในอนุภาคที่เป็นส่วนประกอบ เช่น โปรตอนและนิวตรอน นี้เรียกว่าการคุมขัง

การชนกันใน LHC ทำให้เกิดอุณหภูมิที่ร้อนกว่าที่ใจกลางดวงอาทิตย์มากกว่า 100,000 เท่า เครื่องชนกันทำให้เกิดการชนกันระหว่างไอออนของตะกั่ว ทำให้เกิดเงื่อนไขขึ้นใหม่ หัวข้อที่คล้ายกันซึ่งเกิดขึ้นทันทีหลังจากบิ๊กแบง ในสิ่งเหล่านี้ สภาวะที่รุนแรงโปรตอนและนิวตรอน "ละลาย" ทำให้ควาร์กหลุดออกจากพันธะของพวกมันด้วยกลูออน นี่คือพลาสมาควาร์ก-กลูออน

การทดลอง ALICE ใช้เครื่องตรวจจับ ALICE ซึ่งมีน้ำหนัก 10,000 ตัน ยาว 26 ม. สูง 16 ม. และกว้าง 16 ม. อุปกรณ์ประกอบด้วยส่วนประกอบหลักสามชุด: อุปกรณ์ติดตาม เครื่องวัดความร้อน และเครื่องตรวจจับตัวระบุอนุภาค นอกจากนี้ยังแบ่งออกเป็น 18 โมดูล เครื่องตรวจจับตั้งอยู่ในอุโมงค์ที่ความลึก 56 เมตรด้านล่าง ใกล้กับหมู่บ้านแซงต์-เดอนี-ปุยลี ในฝรั่งเศส

การทดลองนี้ประกอบด้วยนักวิทยาศาสตร์มากกว่า 1,000 คนจากสถาบันฟิสิกส์มากกว่า 100 แห่งใน 30 ประเทศ

LHCb (การทดลองความงามเครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่)

– การทดลองสำรวจความแตกต่างเล็กๆ น้อยๆ ระหว่างสสารและปฏิสสารโดยการศึกษาอนุภาคประเภทที่เรียกว่าควาร์กความงามหรือบีควาร์ก

แทนที่จะใช้เครื่องตรวจจับแบบปิดรอบๆ จุดชนกันทั้งหมด เช่น ATLAS และ CMS การทดลอง LHCb ใช้ชุดเครื่องตรวจจับย่อยเพื่อตรวจจับอนุภาคที่เคลื่อนไปข้างหน้าเป็นส่วนใหญ่ ซึ่งเป็นอนุภาคที่ถูกชี้ไปข้างหน้าโดยการชนกันในทิศทางเดียว เครื่องตรวจจับย่อยตัวแรกได้รับการติดตั้งใกล้กับจุดชนกัน และตัวอื่นๆ จะถูกติดตั้งติดกันที่ระยะ 20 เมตร

LHC สร้างควาร์กประเภทต่างๆ มากมายก่อนที่มันจะสลายไปเป็นรูปแบบอื่นอย่างรวดเร็ว เพื่อจับบีควาร์ก เครื่องตรวจจับการเคลื่อนที่แบบซับซ้อนได้รับการพัฒนาสำหรับ LHCb ซึ่งตั้งอยู่ใกล้การเคลื่อนที่ของลำอนุภาคผ่านเครื่องชนกัน

เครื่องตรวจจับ LHCb ขนาด 5,600 ตันประกอบด้วยสเปกโตรมิเตอร์โดยตรงและเครื่องตรวจจับแบบแผ่นเรียบ มีความยาว 21 เมตร สูง 10 เมตร กว้าง 13 เมตร และตั้งอยู่ใต้ดิน 100 เมตร นักวิทยาศาสตร์ประมาณ 700 คนจากสถาบันและมหาวิทยาลัย 66 แห่งมีส่วนร่วมในการทดลอง LHCb (ตุลาคม 2013)

การทดลองอื่นๆ ที่เครื่องชนกัน

นอกจากการทดลองข้างต้นที่เครื่องชนแฮดรอนขนาดใหญ่แล้ว ยังมีการทดลองอื่นๆ อีก 2 รายการที่มีการติดตั้ง:

LHCf (เครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ไปข้างหน้า)— ศึกษาอนุภาคที่ถูกโยนไปข้างหน้าหลังจากการชนกันของลำอนุภาค พวกเขาจำลองรังสีคอสมิกซึ่งนักวิทยาศาสตร์กำลังศึกษาเป็นส่วนหนึ่งของการทดลอง รังสีคอสมิกเป็นอนุภาคที่มีประจุเกิดขึ้นตามธรรมชาติจากอวกาศและทิ้งระเบิดอย่างต่อเนื่อง ชั้นบรรยากาศของโลก- พวกมันชนกับนิวเคลียสในชั้นบรรยากาศชั้นบน ทำให้เกิดอนุภาคตกลงมาถึงระดับพื้นดิน การศึกษาว่าการชนกันภายใน LHC ก่อให้เกิดการเรียงซ้อนของอนุภาคอย่างไร จะช่วยให้นักฟิสิกส์ตีความและปรับเทียบการทดลองขนาดใหญ่ด้วย รังสีคอสมิกซึ่งสามารถทอดยาวได้หลายพันกิโลเมตร

LHCf ประกอบด้วยเครื่องตรวจจับ 2 เครื่องซึ่งตั้งอยู่ตามแนว LHC ซึ่งอยู่ห่างจากจุดปะทะ ATLAS ออกไป 140 เมตร เครื่องตรวจจับทั้งสองเครื่องมีน้ำหนักเพียง 40 กิโลกรัม และมีขนาดยาว 30 ซม. สูง 80 ซม. และกว้าง 10 ซม. การทดลอง LHCf เกี่ยวข้องกับนักวิทยาศาสตร์ 30 คนจาก 9 สถาบันใน 5 ประเทศ (พฤศจิกายน 2555)

TOTEM (ภาพตัดขวางทั้งหมด การกระเจิงแบบยืดหยุ่น และการแยกตัวจากการเลี้ยวเบน)- การทดลองติดตั้งบนคอลไลเดอร์ที่ยาวที่สุด ภารกิจของมันคือการศึกษาโปรตอนด้วยการวัดโปรตอนที่เกิดจากการชนในมุมต่ำอย่างแม่นยำ บริเวณนี้เรียกว่าทิศทาง "ไปข้างหน้า" และไม่สามารถเข้าถึงได้โดยการทดลอง LHC อื่น ๆ เครื่องตรวจจับ TOTEM ขยายออกไปเกือบครึ่งกิโลเมตรรอบจุดโต้ตอบ CMS TOTEM มีอุปกรณ์เกือบ 3,000 กิโลกรัม รวมถึงกล้องโทรทรรศน์นิวเคลียร์ 4 ตัว และเครื่องตรวจจับหม้อแบบโรมัน 26 เครื่อง ประเภทหลังช่วยให้เครื่องตรวจจับอยู่ในตำแหน่งที่ใกล้กับลำแสงอนุภาคมากที่สุด การทดลอง TOTEM ประกอบด้วยนักวิทยาศาสตร์ประมาณ 100 คนจาก 16 สถาบันใน 8 ประเทศ (สิงหาคม 2014)

เหตุใดจึงต้องมีเครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่

นานาชาติที่ใหญ่ที่สุด การติดตั้งทางวิทยาศาสตร์สำรวจปัญหาทางกายภาพที่หลากหลาย:

การศึกษาควาร์กชั้นนำ อนุภาคนี้ไม่เพียงแต่เป็นควาร์กที่หนักที่สุดเท่านั้น แต่ยังเป็นอนุภาคมูลฐานที่หนักที่สุดด้วย การศึกษาคุณสมบัติของท็อปควาร์กก็สมเหตุสมผลเช่นกันเพราะเป็นเครื่องมือในการวิจัย
การค้นหาและศึกษาฮิกส์โบซอน แม้ว่า CERN จะอ้างว่า Higgs boson ถูกค้นพบแล้ว (ในปี 2012) แต่ก็ยังมีความรู้น้อยมากเกี่ยวกับธรรมชาติของมัน และการวิจัยเพิ่มเติมอาจทำให้กลไกการทำงานของมันชัดเจนยิ่งขึ้น

การศึกษาพลาสมาควาร์ก-กลูออน เมื่อนิวเคลียสของตะกั่วชนกันด้วยความเร็วสูง จะก่อตัวขึ้นในตัวชนกัน งานวิจัยของเธอสามารถให้ผลลัพธ์ที่เป็นประโยชน์ทั้งในด้านฟิสิกส์นิวเคลียร์ (ปรับปรุงทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง) และฟิสิกส์ดาราศาสตร์ (ศึกษาจักรวาลในช่วงแรกของการดำรงอยู่)
ค้นหาสมมาตรยิ่งยวด งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพิสูจน์หักล้างหรือพิสูจน์ "สมมาตรยิ่งยวด" ซึ่งเป็นทฤษฎีที่ว่าอนุภาคมูลฐานทุกอนุภาคมีหุ้นส่วนที่หนักกว่าเรียกว่า "อนุภาคยิ่งยวด"
การศึกษาการชนกันของโฟตอน-โฟตอนและโฟตอน-แฮดรอน จะช่วยเพิ่มความเข้าใจในกลไกกระบวนการของการชนดังกล่าว
การทดสอบทฤษฎีที่แปลกใหม่ งานประเภทนี้รวมถึงงานที่ "แปลกใหม่" ที่แหวกแนวที่สุด เช่น การค้นหาจักรวาลคู่ขนานโดยการสร้างหลุมดำขนาดเล็ก

นอกจากงานเหล่านี้แล้ว ยังมีงานอื่นๆ อีกมากมาย ซึ่งการแก้ปัญหานี้จะช่วยให้มนุษยชาติเข้าใจธรรมชาติและโลกรอบตัวเราได้ดีขึ้น ซึ่งจะเปิดโอกาสในการสร้างสรรค์เทคโนโลยีใหม่ๆ

ประโยชน์เชิงปฏิบัติของ Large Hadron Collider และวิทยาศาสตร์พื้นฐาน

ประการแรก ควรสังเกตว่าการวิจัยขั้นพื้นฐานมีส่วนช่วยในวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐาน วิทยาศาสตร์ประยุกต์เกี่ยวข้องกับการประยุกต์ความรู้นี้ ส่วนหนึ่งของสังคมไม่ตระหนักถึงผลประโยชน์ วิทยาศาสตร์พื้นฐานมักไม่รู้สึกว่าการค้นพบฮิกส์โบซอนหรือการสร้างพลาสมาควาร์ก-กลูออนเป็นสิ่งที่สำคัญ ความเชื่อมโยงของการศึกษาดังกล่าวกับชีวิตของบุคคลธรรมดาไม่ชัดเจน ลองพิจารณาดู ตัวอย่างสั้น ๆด้วยพลังงานนิวเคลียร์:

ในปี พ.ศ. 2439 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส อองตวน อองรี เบกเคอเรล ค้นพบปรากฏการณ์ของกัมมันตภาพรังสี เชื่อกันมานานแล้วว่ามนุษยชาติจะไม่เปลี่ยนมาใช้การใช้ทางอุตสาหกรรมในไม่ช้า เพียงห้าปีก่อนการเปิดตัวครั้งแรกเลยทีเดียว เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์นักฟิสิกส์ผู้ยิ่งใหญ่ เออร์เนสต์ รัทเธอร์ฟอร์ด ผู้ค้นพบจริงๆ นิวเคลียสของอะตอมในปี 1911 กล่าวว่าพลังงานปรมาณูจะไม่มีวันนำไปใช้ได้ ผู้เชี่ยวชาญพยายามคิดใหม่เกี่ยวกับทัศนคติต่อพลังงานที่มีอยู่ในนิวเคลียสของอะตอมในปี 1939 เมื่อนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน Lise Meitner และ Otto Hahn ค้นพบนิวเคลียสของยูเรเนียมเมื่อถูกฉายรังสีด้วยนิวตรอนจะแบ่งออกเป็นสองส่วนโดยปล่อย จำนวนมากพลังงาน - พลังงานนิวเคลียร์

และหลังจากลิงก์สุดท้ายในซีรีส์นี้เท่านั้น การวิจัยขั้นพื้นฐานวิทยาศาสตร์ประยุกต์เข้ามามีบทบาทและจากการค้นพบเหล่านี้ ได้คิดค้นอุปกรณ์สำหรับผลิตพลังงานนิวเคลียร์ - เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู ขนาดของการค้นพบสามารถประเมินได้โดยการดูที่ส่วนแบ่งของไฟฟ้าที่เกิดจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ตัวอย่างเช่นในยูเครน โรงไฟฟ้านิวเคลียร์คิดเป็น 56% ของการผลิตไฟฟ้า และในฝรั่งเศส – 76%

เทคโนโลยีใหม่ทั้งหมดมีพื้นฐานมาจากความรู้พื้นฐานบางประการ ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างสั้นๆ อีกสองสามตัวอย่าง:

ในปี 1895 วิลเฮล์ม คอนราด เรินต์เกนสังเกตว่าเมื่อสัมผัสกับรังสีเอกซ์ แผ่นภาพถ่ายจะมืดลง ปัจจุบัน การถ่ายภาพรังสีถือเป็นการศึกษาทางการแพทย์ที่ใช้กันมากที่สุดเรื่องหนึ่ง ซึ่งช่วยให้สามารถศึกษาอาการได้ อวัยวะภายในและตรวจพบการติดเชื้อและบวม
ในปี 1915 อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์เสนอแนวคิดของเขาเอง ทุกวันนี้ทฤษฎีนี้ถูกนำมาพิจารณาเมื่อใช้งานดาวเทียม GPS ซึ่งระบุตำแหน่งของวัตถุด้วยความแม่นยำสองสามเมตร GPS ใช้ในการสื่อสารเคลื่อนที่ การทำแผนที่ การติดตามการขนส่ง แต่ส่วนใหญ่ใช้ในการนำทาง ข้อผิดพลาดของดาวเทียมที่ไม่คำนึงถึงทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปจะเพิ่มขึ้น 10 กิโลเมตรต่อวันนับจากเวลาที่ปล่อย! และถ้าคนเดินถนนสามารถใช้ความคิดและแผนที่กระดาษได้ นักบินสายการบินก็จะพบว่าตัวเองตกอยู่ในสถานการณ์ที่ยากลำบาก เนื่องจากเมฆไม่สามารถนำทางได้

ถ้าทุกวันนี้ยังไม่พบการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติสำหรับการค้นพบที่ LHC เกิดขึ้น นี่ไม่ได้หมายความว่านักวิทยาศาสตร์จะ "แก้ไขเครื่องชนกันโดยเปล่าประโยชน์" ดังที่คุณทราบ คนที่มีเหตุผลมักจะตั้งใจที่จะได้รับการประยุกต์ใช้จริงสูงสุดจากความรู้ที่มีอยู่ ดังนั้นความรู้เกี่ยวกับธรรมชาติที่สะสมอยู่ในกระบวนการวิจัยที่ LHC จะพบการประยุกต์ใช้อย่างแน่นอนไม่ช้าก็เร็ว ดังที่ได้แสดงให้เห็นแล้วข้างต้น ความเชื่อมโยงระหว่างการค้นพบพื้นฐานและเทคโนโลยีที่ใช้สิ่งเหล่านั้นอาจไม่ชัดเจนเลยในบางครั้ง

สุดท้ายนี้ ขอให้เราสังเกตสิ่งที่เรียกว่าการค้นพบทางอ้อม ซึ่งไม่ได้ถูกกำหนดให้เป็นเป้าหมายเริ่มแรกของการศึกษา สิ่งเหล่านี้เกิดขึ้นค่อนข้างบ่อย เนื่องจากการค้นพบขั้นพื้นฐานมักจะต้องมีการแนะนำและใช้เทคโนโลยีใหม่ ดังนั้นการพัฒนาด้านทัศนศาสตร์จึงได้รับแรงผลักดันจากการวิจัยอวกาศขั้นพื้นฐาน โดยอาศัยการสังเกตการณ์ของนักดาราศาสตร์ผ่านกล้องโทรทรรศน์ ในกรณีของ CERN นี่คือวิธีที่เทคโนโลยีแพร่หลายเกิดขึ้น: อินเทอร์เน็ต ซึ่งเป็นโครงการที่เสนอโดย Tim Berners-Lee ในปี 1989 เพื่อทำให้ข้อมูลองค์กรของ CERN ค้นพบได้ง่ายขึ้น