מאיץ LHC

מאיץ LHC (Large Hadron Collider) הוא מאיץ החלקיקים הגדול בעולם, במרכז המחקר CERN בגבול שווייץ, צרפת. הוא בנוי במנהרה טבעתית שאורכה כ־27 קילומטר, במקום שבו עמד עד 2000 מאיץ LEP. הפרויקט כולל שרשרת מאיצים מקדימים, גלאי חלקיקים גדולים ועבודת עיבוד נתונים עצומה.

המטרות העיקריות הן להבין טוב יותר את מבנה החלקיקים היסודיים ולבחון תאוריות שמרחיבות את המודל הסטנדרטי. ניסיונות מרכזיים כללו חיפוש אחר בוזון היגס (חלקיק שמסביר מדוע לחלקיקים יש מסה), בדיקת תורת הסופר־סימטריה (שמציעה שותפים חדשים לחלקיקים המוכרים), יצירת פלזמת קווארקים־גלואונים שמזכירה מצב מוקדם של היקום, ובדיקת רעיונות על ממדים נוספים וחורים שחורים זעירים.

המאיץ מפעיל שתי אלומות פרוטונים נעות בכיוונים מנוגדים. האנרגיה של כל פרוטון הגיעה עד 7 TeV, ומהירותם מתקרבת כמעט למהירות האור. הפרוטונים מגיעים מהשרשרת של מאיצים קוויים ושלושה סינכרוטרונים, עד שנכנסים לטבעת הגדולה. לאורך ה־LHC יש אלפי מגנטים (מוליך־על) שמכוונים וקופפים את מסלולם של החלקיקים, והמאיץ מקורר לטמפרטורה קרובה לאפס המוחלט בעזרת הליום נוזלי.

הרכבת המאיץ הסתיימה ב־2008. ההפעלה הראשונה ב־10 בספטמבר 2008 הובילה לאחר תשעה ימים לתקלה חמורה: התחממות מגנטים ודליפת הליום, שחייבה תיקונים והחלפת מגנטים. המאיץ חזר לפעול ב־2009 בהדרגה, ושיא אנרגיה של 7 TeV בהתנגשות הושג ב־2010.

אחת המטרות המשמעותיות הושגה כאשר קבוצות ATLAS ו־CMS דיווחו ב־2012 על גילוי חלקיק במשקל כ־125 GeV, שתאם את בוזון היגס. במרץ 2013 הודיעו החוקרים שהם משוכנעים שמדובר בבוזון היגס, וגילוי זה זיכה מדענים בפרס נובל.

לחישה של התוצרים משתמשים בגלאים גדולים: ATLAS ו־CMS הן גלאים רב־תכליתיים. LHCb מתמקד במזונים שמכילים קווארק b כדי לחקור שבירת סימטריית CP, ו־ALICE מיועד להתנגשויות יונים ולחיפוש פלזמת קווארקים־גלואונים. יש גם ניסויים קטנים יותר כמו TOTEM ו־LHCf למדידות מיוחדות.

קצב ההתנגשויות גבוה מאוד, ולכן נדרש סינון רב. מהמערך הראשוני של מיליארדי אינטראקציות נשמרים רק אירועים ספציפיים לניתוח. המידע המעובד נאגר ומעובד ברשת מחשוב סריגית גדולה (LHC Computing Grid).

הועלו חששות לגבי יצירת חורים שחורים זעירים או סכנות אחרות. צוותי בטיחות ובחינות מקצועיות בדקו את הנושא וקבעו שהפעלת ה־LHC בטוחה. נימוקים טכניים כללו השוואה לאירועים קוסמיים טבעיים ולמסלולי התפרקות צפויים של חורים שחורים זעירים.

מדענים ישראלים לקחו חלק בתכנון ובבניית גלאי המיואונים של ATLAS. בניית חלק מהגלאים התבצעה בישראל, והמדינה תמכה כלכלית בפרויקט.

LHC שינה את שדה פיזיקת החלקיקים: הוא סיפק את הגילוי של בוזון היגס, איפשר בדיקה של תאוריות חדשות, ויצר תשתיות ניסוי ומחשוב בינלאומיות רחבות היקף.

LHC הוא מאיץ חלקיקים. מאיץ חלקיקים = מכונה שמאיצה חלקים זעירים של חומר. הוא נמצא במרכז מחקר שנקרא CERN, על הגבול שבין שווייץ לצרפת. המאיץ נמצא במנהרה עגולה שאורכה כ־27 קילומטר.

במאיץ משנים פרוטונים (גרעיני מימן). הפרוטונים מואצים למהירות כמעט מהירה של האור. שולחים שני קרני פרוטונים זו מול זו. כשהם מתנגשים, נוצרים חלקיקים חדשים.

המדענים חיפשו את בוזון היגס. בוזון היגס = חלקיק שעוזר להסביר מדוע לחלקיקים יש מסה. ב־2012 וגופו הודיעו החוקרים שמצאו חלקיק שמשתווה לבוזון היגס.

יש מספר גלאים גדולים שמודדים את מה שנוצר בהתנגשויות. ATLAS ו־CMS הם שני גלאים ענקיים. ALICE בודק התנגשות של יונים, ו־LHCb מתמקד בחלקיקים מיוחדים שמכילים קווארק b.

כשפתחו את המאיץ ב־2008 התגלתה תקלה גדולה במגנטים והיה דליפת הליום. תיקון ארך זמן. אנשים חששו מפני סיכונים, כמו חורים שחורים זעירים. קבוצות מדענים בדקו והחליטו שזה בטוח להתקדם.

קבוצות מישראל עזרו לבנות חלק מהגלאים של ATLAS. הם ממשיכים לנתח את הנתונים.