Wielki Zderzacz Hadronów

Wielki Zderzacz Hadronów to największy na świecie akcelerator cząstek. Zlokalizowany jest w Europejskim Ośrodku Badań Jądrowych CERN w okolicach Genewy, na terenie Francji oraz Szwajcarii. Jego główne elementy rozmieszczone są w tunelu o kształcie torusa o długości w granicach 27 km, który jest położony na głębokości od 50 do 175 m pod ziemią. Wyniki zderzeń rejestrowane są za pośrednictwem dwóch dużych detektorów cząstek elementarnych CMS i ATLAS, mniejszych ALICE i LHCb oraz trzech małych MoFDAL, TOTEM i LHCf. Głównym celem eksperymentów, prowadzonych za jego pośrednictwem, jest szersze poznanie cząstek elementarnych. W szczególności fizycy chcą zaprzeczyć, bądź udowodnić m.in. istnienie cząstki ciemnej materii, monopolu magnetycznego, czy aksjonu.

Wielki Zderzacz Hadronów - Historia

Wielki Zderzacz Hadronów powstał w głowach naukowców w połowie lat dziewięćdziesiątych. Rada CERNu zatwierdziła wtedy rozpoczęcie budowy LHC (Large Hadron Collider) – tym skrótem z j. angielskiego określa się to urządzenie. W 2000r. działanie zakończył jego poprzednik, akcelerator LEP. Tym samym pozostałe po nim tunele stanowiły lokalizację w jakiej znalazł się powstający LHC. Budowę zakończono w 2008r. Krótko po uruchomieniu urządzenia doszło jednak do poważnej awarii, która wyłączyła go z użytku aż na 14 miesięcy. Dzięki jego działaniu udało się dokonać ogromnego postępu w zakresie badań nad cząstkami elementarnymi. Jeden z najgłośniejszych, dotychczasowych sukcesów badawczych, to potwierdzenie istnienia bozonu Higgsa w 2013r. Budowa obiektu pochłonęła ponad 4,5 miliarda franków szwajcarskich.

Urządzenie przez dziesięć lat swojego istnienia zdążyło na stałe zapisać się w kulturze masowej. Pojawiło się ono m.in. w powieści Dana Browna „Anioły i demony”, choć CERN wytknęło autorowi liczne nieścisłości oraz ignorancję wobec zasad fizyki w jego interpretacji działania Wielkiego Zderzacza.

Zastosowanie akceleratora cząstek i sposób działania

Akceleratory cząstek stanowią jedne z podstawowych urządzeń, do prowadzenia badań z zakresu fizyki jądrowej. Jak sama jego nazwa wskazuje, służy on do rozpędzania cząstek elementarnych i zderzania ich ze sobą, aby doszło do reakcji jądrowych. Pozwala to na poznanie właściwości badanych cząstek oraz przebiegu owych reakcji. Poza procesami doświadczalnymi są one powszechnie wykorzystywane w medycynie, jako środek radioterapii. Za ich pomocą leczy się schorzenia nowotworowe poprzez naświetlanie zmian promieniowaniem jonizującym. Warto również wiedzieć, że konstrukcja akceleratora może być złożona, np. mniejszy może być częścią innego, o większej energii maksymalnej. Wtedy mówimy o tzw. akceleratorach wstrzykujących, które wstępnie rozpędzają cząstki. Występują one również w przemyśle, m.in. do sterylizacji, sieciowania, wulkanizacji czy nawet konserwacji żywności. Są one bliżej nas niż można by się spodziewać - wykorzystuje się je chociażby do generowania obrazu w kineskopach monitorów, telewizorów czy oscyloskopów.

Ogólna zasada ich działania opiera się na przyspieszeniu cząstek polem elektrycznym. Pole magnetyczne stosowane jest do nadania przyspieszanym cząstkom odpowiedniego toru, bądź skupienia ich. Jest ono tworzone za pomocą bloków elektromagnesów, rozmieszczonych w pewnych odstępach na całym obwodzie lub linii akceleratora. Warto wiedzieć, że nie są to urządzenia uniwersalne, a od sposoby ich wykonania zależy możliwość rozpędu konkretnych cząstek. Przykładowo - akcelerator, przyspieszający ciężkie jony, nie będzie mógł zrobić tego samego z cząstkami lekkimi. Jest to efektem różnicy mas cząstek i progu energii, przy której efekty relatywistyczne zaczynają odgrywać swoją rolę.