hadron collider4

Lielais hadronu kolaiders (angļu: Large Hadron Collider, LHC) ir Eiropas kodolpētījumu centra CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) lieljaudas daļiņu paātrinātājs hadronu (protonu un smago jonu) paātrināšanai. Viens no LHC projekta pamatmērķiem ir tā saucamā Higsa bozona eksistences eksperimentāla pierādīšana. Tiek plānota arī W un Z bozonu īpašību, sevišķi augstas enerģijas kodolu mijiedarbības, smago t un b kvarku rašanās un citu, tai skaitā ārpus Standartmodeļa esošu fizisku parādību izpēte. Ar šī kolaidera palīdzību zinātnieki cer pierādīt vai apgāzt supersimetrijas teoriju.


Lielā hadronu kolaidera projekta ideja radās 1984. gadā un oficiāli tika apstiprināta desmit gadus vēlāk. LHC būve sākās 2001. gadā, pēc Lielā elektronu-pozitronu kolaidera (LEP) darbības izbeigšanas (LEP tunelis tika izmantots LHC būvē). 2006. gada 27. novembrī tika pabeigta speciālo magnētu uzstādīšana.
Viena no daļiņu detektoru veidiem (kompaktā mionu solenoīda (CMS)) montāža

2008. gada 11. augustā kolaidera iepriekšējo izmēģinājumu pirmā daļa sekmīgi tika pabeigta. Lādētu daļiņu kūlis pārvarēja vairāk nekā 3 kilometrus pa vienu no LHC lokiem, kas nozīmēja daļiņu priekšpaātrinātāja, tā saucamā superprotonu sinhrotrona (SPS), sinhronizācijas veiksmīgu pārbaudi.

LHC galvenā paātrinātāja pirmais izmēģinājums - protonu cirkulācijas pārbaude galvenajā tunelī - notika 2008. gada 10. septembrī. Protonu kūlis ar inžekcijas enerģiju 450 GeV tika palaists kā pulksteņa rādītāja virzienā, tā arī pretēji tam.

Naktī no 19. uz 20. septembri paātrinātājs neplānoti tika apturēts magnētu pārkaršanas un hēlija noplūdes dēļ.

Pirmās protonu sadursmes, kam vēl nebūs pilna iespējamā enerģija, plānotas veikt 2008. gada 21. oktobrī, tomēr 20. septembrī tiek ziņots, ka avārijas dēļ paātrinātājs tiks iedarbināts ne ātrāk kā pēc diviem mēnešiem.

2009. gada februārī notikušajā slēgtajā konferencē Chamonix-2009 tika pieņemts aptuvens paātrinātāja darba grafiks:

2009. gada augustā galvenais kolaidera gredzens tiks atdzesēts līdz darba temperatūrai;
septembrī sāks cirkulēt daļiņu kūļi;
oktobrī tiks uzsāktas protonu sadursmes, tomēr 5 TeV enerģija tiks sasniegta ne ātrāk kā novembrī;
kolaiders gandrīz nepārtraukti strādās visu ziemu un līdz pat 2010. gada rudenim, ar nelielu pārtraukumu Ziemassvētkos.

CERN informēja, ka paātrinātājs sāks darboties oktobrī, taču sakarā ar papildus remontdarbiem tas varētu notikt novembrī.

23. un 25. oktobrī notika protonu un svina kodolu izmēģinājuma injekcijas dažos LHC sektoros[9]. Tā bija pirmā nopietnā iekārtas pārbaude kopš 2008. gada septembra avārijas.

30. novembrī paātrinātājā tika sasniegta 1,18 TeV liela enerģija, kas ir pasaules rekords (iepriekšējais rekords bija 0,98 TeV Tevatronā pirms 8 gadiem)



HC pēc tā iedarbināšanas kļūs par vislielākās enerģijas elementārdaļiņu paātrinātāju pasaulē. Enerģija gandrīz par kārtu pārsniegs ASV Fermi laboratorijas protonu-antiprotonu kolaiderā Tevatron jeb Tevatronā un ASV Brukheivenas laboratorijas smago jonu relatīvistiskajā kolaiderā RHIC iegūstamo. Kolaidera sistēmas masu centrā tiks radītas protonu sadursmes ar summāro enerģiju 14 TeV (14 teraelektronvolti jeb 14·1012 elektronvoltu).[12] Varēs realizēt arī svina atomu kodolu sadursmes ar enerģiju 5,5 GeV (gigaelektronvoltu) uz katru sadurošos nuklonu pāri.

LHC galvenā tuneļa garums ir 26,7 km un tas izbūvēts apmēram 100 m dziļumā Francijas un Šveices teritorijā. Lādēto daļiņu kūļu noturēšanai un korekcijai izmantoti 1624 supravadoši magnēti ar kopējo garumu virs 22 km.

20. gadsimta sākumā fizikā tika radītas divas fundamentālas teorijas - Einšteina vispārīgā relativitātes teorija (apraksta Visumu makrolīmenī) un kvantu lauka teorija, kas Visumu apraksta mikrolīmenī. Šīs teorijas nav savietojamas viena ar otru. Piemēram, lai adekvāti aprakstītu melnos caurumus, nepieciešams pielietot abas teorijas, taču tās dažviet ir pretrunīgas. Pat ja netiek apskatīti tādi ekstrēmi gadījumi, mūsdienu fiziķiem šāda situācija nav pieņemama. Jau Alberts Einšteins sava mūža pēdējos gados mēģināja izstrādāt vienotā lauka teoriju, taču tolaik nebija pieejams pietiekoši daudz faktu materiāla. Tomēr 20. gadsimta otrajā trešdaļā fiziķiem izdevās izveidot tā saucamo Standartmodeli, kas apvienoja trīs no četrām fundamentālajām mijiedarbībām - stipro, vājo un elektromagnētisko.

20. gadsimta beigās sākts izstrādāt teoriju, kas spētu apvienot visas četras mijiedarbības, ietverot arī gravitāciju. Tomēr pievienot Standartmodelim gravitāciju izrādījās pārlieku sarežģīti. Tādējādi šobrīd (21. gadsimta sākumā) fundamentālās sadarbes apraksta divas vispārpieņemtas teorijas - vispārīgā relativitātes teorija un Standartmodelis. Tās nav izdevies apvienot kvantu gravitācijas teorijas izveidošanas grūtību dēļ. Šīs grūtības fiziķi cenšas pārvarēt ar dažādām metodēm, kam joprojām nav eksperimentāla pamatojuma - stīgu teoriju, brānu teoriju, M-teoriju. Atbilstošu eksperimentu veikšanai nepieciešamas gigantiskas enerģijas, ko nevar sasniegt pašreizējos daļiņu paātrinātājos un cerības tiek liktas uz Lielo hadronu kolaideru.