מאיץ LHC

הרכבת גלאי CMS באתר ה-LHC ב-CERN

מאיץ LHC ‏(Large Hadron Collider) הוא מאיץ חלקיקים הממוקם ב-CERN על גבול שווייץ-צרפת. הפעלתו צפויה להתחיל באוגוסט 2008. בניית המאיץ היא אחד הפרויקטים הגרנדיוזים במדע - גודלו ועלותו (למעלה מ-3 מיליארד אירו) עצומים, והוא נועד לענות על שאלות העומדות בבסיס הפיזיקה.

[עריכה] מפרט טכני

המאיץ ימוקם במנהרה העגולה באורך 27 קילומטרים שנבנתה עבור מאיץ האלקטרון-פוזיטרון (LEP). בניגוד ל-LEP, הוא יאיץ פרוטונים במקום אלקטרונים ופוזיטרונים. לפרוטונים בהם ישתמשו תהיה אנרגיה של 7TeV (כלומר, סך של 14TeV בהתנגשות). חמישה מכשירי ניסויים ייבנו ב-LHC. שניים מהם, ניסוי אטלס (ATLAS) וניסוי CMS, הם חיישני חלקיקים גדולים ו"רב תכליתיים". השלושה האחרים (LHCb, ALICE ו-TOTEM) קטנים יותר ויש להם תפקידים ספיציפייים יותר.

ניתן יהיה להשתמש ב-LHC גם כדי להאיץ יונים כבדים כמו עופרת (אנרגיית ההתנגשות תהיה במצב כזה 1150TeV).

[עריכה] מטרות

פיזיקאים מקווים שה-LHC יעזור להם לענות על מספר שאלות בסיסיות וחשובות:

מהי מסת קווארק t?
מה מקורה של המסה של כל החלקיקים (וליתר דיוק, האם בוזון היגס קיים)?
מדוע לחלקיקים אלמנטריים יש מסות שונות (ובמילים אחרות, מה האינטראקציה של חלקיקים שונים עם שדה היגס)?
האם חלקיקים על-סימטריים אכן קיימים?
האם אכן קיימים ממדים נוספים, כפי שמנבאת תורת המיתרים?
האם ניתן לייצר חורים שחורים זעירים בניסוי האצת חלקיקים?

[עריכה] ניסויים

הניסויים, שכל אחד מהם מורכב ממערכת גדולה של גלאים, ממוקמים סביב נקודות התנגשות הפרוטונים. שני הניסויים הגדולים, ניסוי אטלס וניסוי CMS, בנויים כך שיגלו את רוב החלקיקים שנוצרים בהתנגשות או שמהווים תוצרי דעיכה של חלקיקים אחרים שנוצרו בהתנגשות. חלקיקים שלא מתגלים בניסוי הם אלו שאין להם אינטראקציה עם החיישנים בניסוי. ניתן להעריך גודל נוסף הקרוי "אנרגיה חסרה" מתוך מדידת האנרגיה של החלקיקים שהתגלו ועל ידי שימוש בחוק שימור האנרגיה, לפיו האנרגיה לפני ההתנגשות שווה לאנרגיה אחריה. ניתוח מדידות הגלאי מאפשר את שחזור ההתנגשות ואת גילויים של חלקיקים חדשים שנוצרו במהלכה.

[עריכה] ניסוי אטלס

ניסוי אטלס ממוקם בתוך אולם תת-קרקעי גדול, והוא בנוי בצורה של גליל שקוטרו 22 מטר ואורכו 44 מטר. הניסוי עצמו מורכב ממיליוני יחידות גילוי השייכות ל-4 אזורי גילוי עיקריים:

הגלאי הפנימי - נמצא סביב נקודת ההתנגשות ונועד למדוד את מסלולם של חלקיקים טעונים. סביב הגלאי הפנימי ממוקם מגנט סולונואידי (בצורת סליל), שגורם להטיית מסלול החלקיקים הטעונים ומאפשר מדידה של המטען והתנע שלהם.
קלורימטר אלקטרומגנטי - ממוקם מסביב "הגלאי הפנימי", ונועד למדוד את האנרגיה של פוטונים, אלקטרונים ופוזיטרונים שנעצרים בו.
קלורימטר האדרוני - ממוקם סביב "הקלורימטר האלקטרומגנטי", ונועד למדוד את האנרגיה של האדרונים שנעצרים בו.
גלאי מיואונים - ממוקם במעטפת החיצונית של הגלאי ומשולב יחד עם מערכת של מגנטים טורואידיים, בעלי שדה מגנטי מעגלי. גלאי זה מורכב מ-4 סוגי חיישנים, שאחד מהם (TGC) תוכנן במכון ויצמן למדע. רוב יחידות ה-TGC יוצרו במכון ויצמן ונבדקו באוניברסיטת תל אביב ובטכניון [1]. חלקם הקטן נבנה בסין וביפן.