Nie tylko bozon Higgsa
Celem przyświecającym budowniczym LHC – Wielkiego Zderzacza Hadronów (Large Hadron Collider) – było odtworzenie warunków, które panowały na samym początku naszego Wszechświata, ale na dużo, dużo mniejszą skalę. Projekt zatwierdzono w grudniu 1994 r.
Główne elementy największego na świecie akceleratora cząstek umieszczone są pod ziemią, w tunelu w kształcie torusa o obwodzie 27 km. W akceleratorze cząstki (protony wytwarzane z wodoru) „biegną” w dwóch rurach, w przeciwnych kierunkach. Cząstki „rozpędzone” do bardzo dużych energii, z prędkością światła obiegają akcelerator ponad 11 tys. razy na sekundę. Ze względu na warunki geologiczne głębokość tunelu waha się od 175 m (pod Jurą) do 50 m (w kierunku Jeziora Genewskiego) – średnio wynosząc 100 m, przy średnim niewielkim nachyleniu 1,4 procent. Z punktu widzenia geologii najistotniejsze było umiejscowienie całej maszynerii na głębokości przynajmniej 5 m poniżej górnej warstwy „molasse” (zielonego piaskowca).
Dokładnie rzecz biorąc, cząstki są rozpędzane w kilku mniejszych akceleratorach, zanim trafiają do LHC. W pewnych ściśle określonych miejscach na obwodzie LHC protony z tych dwóch rur wprowadzane są na jeden tor i zderzając się, wytwarzają nowe cząstki, nową materię. Energia – zgodnie z równaniem Einsteina E = mc² – zamieniana jest w materię.
Wyniki tych zderzeń są rejestrowane w ogromnych detektorach. Największy, ATLAS, o długości 46 m i średnicy 25 m, waży 7 tys. ton (1). Drugi, CMS, ma nieco mniejsze rozmiary, bo długość 28,7 m i średnicę 15 m, ale za to jego masa wynosi aż 14 tys. ton (2). Urządzenia te, w kształcie ogromnych walców, zbudowane są z kilku/kilkunastu koncentrycznych warstw detektorów aktywnych na różnego typu cząstki i oddziaływania. Cząstki są „wyłapywane” i w postaci sygnału elektrycznego dane przesyła się do centrum komputerowego, a dalej dystrybuuje do ośrodków naukowych rozlokowanych na całym świecie, gdzie są analizowane. Podczas zderzeń cząstek generowana jest tak ogromna ilość danych, że do obliczeń należy włączyć tysiące komputerów.
Projektując detektory w CERN, naukowcy wzięli pod uwagę wiele czynników mogących zniekształcić lub wpłynąć na poprawność dokonywanych pomiarów. Między innymi uwzględniono nawet wpływ księżyca, stan poziomu wody w Jeziorze Genewskim czy zakłócenia wprowadzane przez szybkie pociągi TGV.
Zapraszamy do lektury tematu numeru w magazynie Młody Technik.
