Encyklopedi

Den stora Hadron Collider - världens mest kraftfulla partikelaccelerator -

Den 10 september 2008 genomförde forskare från Europeiska organisationen för kärnforskning (CERN), Genève, den första testoperationen av vad som hade beskrivits som den största maskinen och det mest ambitiösa vetenskapliga experiment som någonsin byggts - Large Hadron Collider (LHC ). För testet styrde forskarna framgångsrikt strålar av subatomära partiklar runt en ringliknande struktur som var cirka 27 km (17 mi) i omkrets och bildade hjärtat på kollidern. Strukturen var belägen i en underjordisk cirkulär tunnel som CERN ursprungligen byggde för en tidigare partikelaccelerator som kallades Large Electron-Positron Collider (1989–2000). Tunneln låg under den fransk-schweiziska gränsen nära Genève på ett djup av 50–175 m (165–575 fot).

LHC var utformad för att skicka två strålar av hadroner (protoner och andra partiklar som består av kvarker) i motsatta riktningar runt den ringliknande strukturen. Inledningsvis skulle protoner (vätekärnor) användas, men senare planerades experiment med tunga joner som blykärnor, som består av protoner och neutroner. Inom LHC rördes partiklarna i kanaler som evakuerades till ett högre vakuum än i rymden och kyldes till inom två grader av absolut noll. Under fullskaladrift skulle partiklarna accelereras till hastigheter inom en miljondel av en procent av ljusets hastighet. Vid fyra punkter i tunneln skärs partiklarnas banor så att några av partiklarna kraschar in i varandra och producerar ett stort antal nya partiklar.Enorma magneter som väger tiotusentals ton och detektorbanker samlar in och registrerar de partiklar som produceras vid varje kollisionspunkt. Under maximal effekt skulle kollisioner mellan protoner äga rum med en kombinerad energi på upp till 14 biljoner elektronvolt - ungefär sju gånger större än vad som tidigare uppnåtts av någon annan partikelaccelerator.

LHC-projektet tog ett kvart sekel att förverkliga. Planeringen började 1984, och 1994 gav CERNs styrande organ det sista klarsignal för projektet. Många tusentals forskare och ingenjörer från dussintals länder var inblandade i att utforma, planera och bygga LHC, och kostnaden för dess konstruktion var mer än 5 miljarder dollar. Den första fullskaliga driften av LHC hade planerats i slutet av 2008 men skjöts upp för att undersöka och reparera en läcka som utvecklades i kolliderens heliumkylsystem på grund av ett elektriskt fel.

Ett mål med LHC-projektet var att förstå materiens grundläggande struktur genom att återskapa de extrema förhållanden som, enligt Big Bang-teorin, inträffade under universums första ögonblick. (Den höga energin som var inblandad hade fått vissa kritiker att hävda att LHC skulle kunna skapa ett litet svart hål som kunde förstöra jorden, men säkerhetsgranskningar av forskare motbevisade sådana farhågor och drog slutsatsen att kollideraren inte skulle producera något som inte redan hade producerats högenergiska kosmiska strålkollisioner i atmosfären.) Under årtionden hade fysiker använt den så kallade standardmodellen för att beskriva de grundläggande partiklar som utgör materia. Modellen hade fungerat bra men hade svagheter. Först och viktigast förklarade det inte varför vissa partiklar har massa.På 1960-talet postade den brittiska fysikern Peter Higgs en typ av partikel som interagerar med andra partiklar för att ge sin massa. Higgs-partiklar hade aldrig observerats, men man förväntade sig att de kunde produceras i LHC: s mycket höga energikollisioner. För det andra krävde standardmodellen några godtyckliga antaganden, som vissa fysiker föreslog skulle kunna lösas genom att postulera en ny klass av supersymmetriska partiklar - dessa partiklar kan också produceras av kollisionerna i LHC. Slutligen kan undersökning av asymmetrier mellan partiklar och deras antipartiklar ge en ledtråd till ett annat mysterium: obalansen mellan materia och antimateria i universum.men man förväntade sig att de kunde produceras i LHC: s mycket höga energikollisioner. För det andra krävde standardmodellen några godtyckliga antaganden, som vissa fysiker föreslog skulle kunna lösas genom att postulera en ny klass av supersymmetriska partiklar - dessa partiklar kan också produceras av kollisionerna i LHC. Slutligen kan undersökning av asymmetrier mellan partiklar och deras antipartiklar ge en ledtråd till ett annat mysterium: obalansen mellan materia och antimateria i universum.men man förväntade sig att de kunde produceras i de mycket höga energikollisionerna i LHC. För det andra krävde standardmodellen några godtyckliga antaganden, som vissa fysiker föreslog skulle kunna lösas genom att postulera en ny klass av supersymmetriska partiklar - dessa partiklar kan också produceras av kollisionerna i LHC. Slutligen kan undersökning av asymmetrier mellan partiklar och deras antipartiklar ge en ledtråd till ett annat mysterium: obalansen mellan materia och antimateria i universum.undersökning av asymmetrier mellan partiklar och deras antipartiklar kan ge en ledtråd till ett annat mysterium: obalansen mellan materia och antimateria i universum.undersökning av asymmetrier mellan partiklar och deras antipartiklar kan ge en ledtråd till ett annat mysterium: obalansen mellan materia och antimateria i universum.

Som med alla banbrytande experiment kan de mest spännande resultaten vara oväntade. Enligt den brittiska fysikern Stephen Hawking: ”Det blir mycket mer spännande om vi inte hittar Higgs. Det kommer att visa att något är fel och vi måste tänka igen. ”