تاریخچه؛ "برخورد دهنده هادرونی بزرگ"

اسپوتنیک - اطلاعات عمومی، تاریخچه

این برخورد دهنده در یک تونل مدور زیرزمینی با محیط 26659 متر در نزدیکی ژنو در مرز سوئیس و فرانسه در عمق 100 تا 175 متر قرار دارد. این تونل در ابتدا محل برخورد دهنده بزرگ الکترون پوزیترون (LEP) بود که توسط CERN ساخته شد. در سال 1989 LEP به پرتوهای ذرات اجازه می دهد تا به انرژی 209 گیگا الکترون ولت (GeV) شتاب دهند. در اواسط دهه 1990، یکی از وظایف اصلی فیزیک اصلاح یا رد مدل استاندارد ذرات بنیادی بود. مهمترین آنها اثبات تجربی وجود بوزون هیگز بود که در سال 1963 توسط گروهی از دانشمندان به رهبری فیزیکدان انگلیسی پیتر هیگز (متولد 1929) پیش بینی شد. با توجه به بوزون هیگز، طبق مدل استاندارد، کل جرم کیهان ایجاد می شود. توان LEP موجود برای تشخیص این ذره کافی نبود. بنابراین، در دسامبر 1994، شورای "سرن" تصمیم به ساخت LHC در همان تونل ها با توان پرتو پروتون 4 ترال الکترون ولت (TeV) گرفت.

پروژه LHC یک برنامه بین المللی در مقیاس بزرگ است. حدود 100 هزار نفر از 44 کشور از جمله روسیه در ساخت و آزمایشات در شتاب دهنده شرکت کردند.

این برخورد دهنده را هادرونی می نامند زیرا آشکارسازهای آن برخورد هادرون ها (کلاسی از ذرات بنیادی متشکل از کوارک ها) را انجام می دهند.

ساخت کولایدر در سال 1998 آغاز شد و در سال 2008 به پایان رسید. اولین آزمایش در 10 سپتامبر 2008 انجام شد، اما LHC برای چند ماه به دلیل یک حادثه خاموش شد. در سال 2010، قدرت پرتو به 3.5 TeV افزایش یافت که شروع رسمی برنامه تحقیقاتی بود. در 4 جولای 2012، سرن اعلام کرد که در نتیجه آزمایشات در LHC، یک نوع هنوز ناشناخته از ذره، احتمالا بوزون هیگز، کشف شد. این داده ها خیلی سریع تایید شدند.

در 14 فوریه 2013، برخورد دهنده برای یک ارتقاء دو ساله به حالت تعلیق درآمد. پس از تکمیل آن در سال 2015، قدرت پرتو در LHC به 13 TeV افزایش یافت. در دسامبر 2018، آزمایش‌ها در برخورددهنده برای ارتقای دیگری به حالت تعلیق درآمد. پس از تکمیل آن در آوریل 2023، توان پرتو به 13.6 TeV رسید.

ذرات از یک آبشار از شتاب دهنده های اضافی وارد LHC می شوند که پروتون ها را تا 0.45 TeV شتاب می دهند. برخورد دهنده از دو لوله تشکیل شده است که تقریباً در تمام طول خود به موازات یک تونل دایره ای قرار دارند و در مکان های آشکارسازهای برخورد قطع می شوند. در آشکارسازها، ذراتی که توسط آهنرباهای ابررسانا شتاب می گیرند با 99.9999991 درصد سرعت نور برخورد می کنند که 299792458 متر در ثانیه است. در مجموع، LHC دارای هفت آشکارساز برخورد ذرات است. یکی از آنها، ATLAS، برای جستجوی ذرات بنیادی فوق سنگین، مانند بوزون هیگز، طراحی شده است. طول این آشکارساز 46 متر، قطر 26 متر و وزن آن حدود 8 هزار تن است.

هزینه ساخت LHC حدود 7.5 میلیارد یورو بود؛ این گران ترین آزمایش علمی در تاریخ بشر بود. هر ساله در هنگام کار، شتاب دهنده حدود 1.3 تراوات ساعت برق مصرف می کند، مانند شهری با جمعیتی حدود 1 میلیون نفر.

حداقل یک نوسازی دیگر از LHC برنامه ریزی شده است. انتظار می رود در اواخر دهه 2020 - اوایل دهه 2030 قدرت برخورددهنده به 14 TeV برسد و آشکارسازهای به روز شده امکان تشخیص دو برابر ذرات را فراهم می کنند.

علاوه بر شناسایی بوزون هیگز، LHC در حال کار بر روی پالایش پارامترهای آن است. بنابراین، در سال 2023، شواهدی از تجزیه بوزون هیگز به بوزون Z (حامل الکتریکی خنثی برهمکنش ضعیف) و فوتون (حامل الکترومغناطیس) کشف شد. دانشمندان تصور می کنند که این پوسیدگی مستقیماً اتفاق نمی افتد، بلکه از طریق یک مرحله میانی رخ می دهد و اعتقاد بر این است که ذراتی که در این فرآیند ظاهر و ناپدید می شوند هنوز برای علم ناشناخته هستند.

در ژوئیه 2015، اعلام شد که وجود پنتاکوارک ها به طور تجربی با استفاده از LHC تایید شده است.

از جمله آنها و بوزون هیگز، بیش از 60 ذره زیراتمی جدید با استفاده از برخورد دهنده بزرگ هادرون کشف شد.

به طور کلی، وظیفه اصلی آزمایشات در LHC این است که مدل استاندارد ذرات بنیادی را روشن کند، تا پاسخی به این سؤال بیابد که جهان در اولین لحظات پس از انفجار بزرگ چگونه بود، ماده تاریک و "انرژی تاریک" چه هستند، و چرا مقدار ناچیز پادماده در کیهان وجود دارد.

12 موسسه و مرکز تحقیقاتی روسیه در ایجاد و بهره برداری از LHC شرکت کردند. به طور خاص، ساختار شتاب دهنده برخورد دهنده با سلول های جفت کننده و لوله های رانش (CCDTL) توسط موسسه فیزیک هسته ای بودکر (INP، شعبه سیبری آکادمی علوم روسیه، نووسیبیرسک) و موسسه تحقیقات علمی فیزیک فنی زاباباخینا (سنژینسک، منطقه چلیابینسک) توسعه یافت.

در اواسط ژوئن 2022، شورای "سرن" تصمیم گرفت پس از انقضای قراردادهای فعلی در ژوئن و دسامبر 2024، قراردادهای همکاری بین المللی با بلاروس و روسیه را تمدید نکند. شورا این گام را با نگرش منفی خود نسبت به عملیات نظامی ویژه ای که روسیه در اوکراین انجام می دهد توضیح داد. در حال حاضر، موسسات علمی روسیه به شرکت در آزمایشات علمی در LHC ادامه می دهند.