Mesin Teknologi Terbesar Collider Hadron

Large Hadron Collider (LHC) adalah akselerator partikel terbesar dan paling kuat di dunia. Ini pertama kali dimulai pada 10 September 2008, dan tetap merupakan tambahan terbaru untuk kompleks akselerator CERN. LHC terdiri dari cincin 27 kilometer magnet superkonduktor dengan sejumlah struktur percepatan untuk meningkatkan energi partikel di sepanjang jalan.

Di dalam akselerator, dua sinar partikel berenergi tinggi berjalan mendekati kecepatan cahaya sebelum mereka dibuat bertabrakan. Balok bergerak ke arah yang berlawanan dalam pipa balok terpisah - dua tabung disimpan pada vakum sangat tinggi. Mereka dipandu di sekitar cincin akselerator oleh medan magnet yang kuat yang dipelihara oleh elektromagnet superkonduktor. Elektromagnet dibangun dari gulungan kabel listrik khusus yang beroperasi dalam kondisi superkonduktor, menghantarkan listrik secara efisien tanpa hambatan atau kehilangan energi. Ini membutuhkan pendinginan magnet hingga -271,3 ° C - suhu yang lebih dingin dari luar angkasa. Karena alasan ini, sebagian besar akselerator terhubung ke sistem distribusi helium cair, yang mendinginkan magnet, serta ke layanan pasokan lainnya.

Ribuan magnet dari berbagai varietas dan ukuran digunakan untuk mengarahkan sinar di sekitar akselerator. Ini termasuk 1232 magnet dipol dengan panjang 15 meter yang menekuk balok, dan 392 magnet quadrupole, masing-masing sepanjang 5-7 meter, yang memfokuskan balok. Tepat sebelum tumbukan, jenis magnet lain digunakan untuk "memeras" partikel lebih dekat bersama untuk meningkatkan kemungkinan tumbukan.

Partikel-partikel itu sangat kecil sehingga tugas membuat mereka bertabrakan mirip dengan menembakkan dua jarum yang berjarak 10 kilometer dengan presisi sedemikian rupa sehingga mereka bertemu di tengah jalan.Semua kontrol untuk akselerator, layanan dan infrastruktur teknisnya ditempatkan di bawah satu atap di CERN Control Center.

Latar Belakang

Istilah hadron mengacu pada partikel komposit subatomik yang terdiri dari quark yang disatukan oleh gaya kuat (karena atom dan molekul disatukan oleh gaya elektromagnetik). Hadron yang paling terkenal adalah baryon seperti proton dan neutron; Hadron juga termasuk meson seperti pion dan kaon, yang ditemukan selama percobaan sinar kosmik pada akhir 1940-an dan awal 1950-an.

Collider adalah jenis akselerator partikel dengan dua balok partikel yang diarahkan. Analisis produk sampingan dari tabrakan ini memberikan para ilmuwan bukti yang baik tentang struktur dunia sub-atomik dan hukum alam yang mengaturnya. Banyak dari produk sampingan ini hanya diproduksi oleh tabrakan berenergi tinggi, dan mereka membusuk setelah periode waktu yang sangat singkat. Jadi banyak dari mereka yang sulit atau hampir tidak mungkin untuk belajar dengan cara lain.

Tujuan

Banyak fisikawan sangat berharap bahwa Large Hadron Collider akan membantu menjawab beberapa pertanyaan yang terbuka mendasar dalam fisika, yang menyangkut hukum dasar yang mengatur interaksi dan kekuatan diantara objek elementer, struktur ruang dan waktu yang dalam, dan khususnya keterkaitan antara kuantum mekanika dan relativitas umum.

Data juga diperlukan dari eksperimen partikel berenergi tinggi untuk menyarankan versi mana dari model ilmiah saat ini yang lebih cenderung benar - khususnya untuk memilih antara Model Standar dan model Higgsless dan untuk memvalidasi prediksi mereka dan memungkinkan pengembangan teori lebih lanjut.

Masalah yang dieksplorasi oleh tabrakan LHC meliputi:

• Apakah massa partikel elementer dihasilkan oleh mekanisme Higgs melalui pemecahan simetri electroweak? Diharapkan bahwa eksperimen collider akan menunjukkan atau mengesampingkan keberadaan Higgs boson yang sulit dipahami, sehingga memungkinkan fisikawan untuk mempertimbangkan apakah Model Standar atau alternatif Higgslessnya lebih cenderung benar.
• Apakah supersimetri, perpanjangan dari Model Standar dan simetri Poincare, disadari di alam, menyiratkan bahwa semua partikel - partikel yang diketahui memiliki mitra supersimetrik?
• Apakah ada dimensi ekstra, seperti yang diprediksi oleh berbagai model berdasarkan teori string, dan dapatkah kita mendeteksinya?
• Apa sifat materi gelap yang tampaknya bertanggung jawab atas 27% energi massa alam semesta?

Pertanyaan terbuka lainnya yang dapat dieksplorasi menggunakan tumbukan partikel berenergi tinggi:

• Sudah diketahui bahwa elektromagnetisme dan gaya nuklir lemah adalah manifestasi yang berbeda dari gaya tunggal yang disebut gaya elektro-bicara. LHC dapat mengklarifikasi apakah gaya elektrowak dan gaya nuklir kuat adalah hanya manifestasi yang berbeda dari satu kekuatan terpadu universal, seperti yang diprediksi oleh berbagai Teori Unifikasi Besar.
• Mengapa kekuatan fundamental keempat (gravitasi) begitu banyak urutan besarnya lebih lemah daripada tiga kekuatan fundamental lainnya? Lihat juga masalah Hirarki.
• Apakah ada sumber tambahan pencampuran rasa quark, di luar yang sudah ada dalam Model Standar?
• Mengapa ada pelanggaran nyata terhadap simetri antara materi dan antimateri? Lihat juga pelanggaran CP.
• Apa sifat dan sifat plasma quark-gluon, yang diduga ada di alam semesta awal dan benda-benda astronomi yang kompak dan aneh saat ini? Ini akan diselidiki oleh tabrakan ion berat, terutama di ALICE, tetapi juga di CMS, ATLAS dan LHCb. Pertama kali diamati pada 2010, temuan yang diterbitkan pada 2012 mengkonfirmasi fenomena pendinginan jet dalam tabrakan ion berat

Rancangan

Collider terkandung dalam terowongan melingkar, dengan keliling 26,7 kilometer (16,6 mi), pada kedalaman mulai dari 50 hingga 175 meter (164 hingga 574 kaki) di bawah tanah.  Terowongan beton berlapis 3,8 meter (lebar 12 kaki), dibangun antara tahun 1983 dan 1988, sebelumnya digunakan untuk menampung Large Electron-Positron Collider. Terowongan melintasi perbatasan antara Swiss dan Prancis di empat titik, dengan sebagian besar di Prancis. Bangunan permukaan memegang peralatan tambahan seperti kompresor, peralatan ventilasi, kontrol elektronik dan pabrik pendingin.