В предната статия за CERN тук, въведохме енергията на покой на частица. Когато частицата се движи, тя има кинетична енергия от движението, която е пропорционална на скоростта на частицата и затова използваме израза “ускоряваме частица до дадена енергия”.
Големият адронен колайдер (LHC – Large Hadron Collider) е най-големият и мощен ускорител на елементарни частици. Той е последната част от ускорителния комплекс в CERN – поредица от ускорители (на елементарни частици).
Диаграмата показва ускорителите LHC и SPS, и четирите детектора, разположени на LHC
Източник: CERN, http://www.ch/
Другите ускорители се използват, както за отделни изследвания, така и за изследванията с LHC, като всеки от тях ускорява частиците до необходимата енергия, след което последните се прехвърлят на следващия ускорител, и така нататък до LHC. Причината за това последователно прехвърляне е, че има долна граница за енергията на частица в LHC (това важи за всички ускорители от вида на LHC) – ако енергията е по-малка от тази граница, частицата няма да може да бъде ускорена и ще се загуби. Поредицата ускорители в CERN с техните енергии е следната:
източник → Linac 2 до 50 MeV → PSB до 1,4 GeV → PS до 25 GeV → SPS до 450 GeV → LHC до 14 TeV
Съкращения:
Linac 2 – Linear accelerator 2
PSB – Proton Synchrotron Booster
PS – Proton Synchrotron
SPS – Super Proton Synchrotron
LHC е цикличен, кръгов ускорител, състоящ се от 27-километров пръстен от свръхпроводящи електромагнити и ускоряващи структури, които предават енергия на частиците. Ускоряващите структури (наричат се още ускоряващи резонатори) ускоряват частиците посредством електромагнитни полета. Електромагнитните насочват частиците по протежение на ускорителя и същевременно ги фокусират в сноп. Колкото по-тесен е снопът (по-добре фокусиран), толкова по-малка е тръбата на снопа, в която се ускоряват частиците. Частиците в LHC (и във всички други ускорители на елементарни частици) трябва да са електрически заредени, тъй като ако са електрически неутрални, няма да се ускорят, насочат и фокусират от електромагнитните полета. Големият адронен колайдер е конструиран да ускорява адрони (от където и адронен в името) – това са частиците, които участват в силното взаимодействие. В зависимост от целта на експеримента, в LHC се ускоряват протони или тежки йони.
LHC отвътре – сноповете частици се движат в двете затворени тръби в центъра
Източник: CERN, http://www.cern.ch/
Тръбите на сноповете в големия адронен колайдер са две и имат диаметър около 6,3 cm. В тях се поддържа много висока степен на вакуум, за да няма молекули, които да отнемат енергията на частиците в снопа посредством удари помежду им. Двата снопа се движат в противоположни посоки и се пресичат в четирите детектора разположени на LHC – ATLAS, ALICE, CMS и LHCb. При пресичането на сноповете, частиците се сблъскват (оттук и думата collider в името) и породените нови частици се засичат от детектора, където е станал сблъсъка. Максималната енергия на частиците, за която е конструиран LHC е 7 TeV на сноп, което води до общо 14 TeV енергия при сблъсък.
До този момент, максималната достигната енергия е 8 TeV (2 x 4 TeV). В началото на 2013 година до края на 2014 година големият адронен колайдер ще бъде спрян за проверки и обновявания на инфраструктурата и системите. В началото на 2015 година се очаква ускорителят да заработи с увеличена енергия на сблъсък – 13 TeV.
