مصادم الهادرون الكبير (LHC) هو أعجوبة فيزياء الجسيمات الحديثة التي مكنت الباحثين من تمرين أعماق الواقع. تمتد أصولها طوال الطريق إلى عام 1977 ، عندما اقترح السير جون آدامز ، المدير السابق للمنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) ، بناء نفق تحت الأرض يمكن أن يستوعب مسرع الجسيمات القادر على الوصول إلى طاقات عالية بشكل غير عادي ، وفقًا ل ورقة التاريخ لعام 2015 من قبل الفيزيائي توماس شورنر-سادنيوس.
تمت الموافقة على المشروع رسميًا بعد عشرين عامًا ، في عام 1997 ، وبدأ البناء في حلقة بطول 16.5 ميل (27 كيلومترًا) مرت تحت الحدود الفرنسية السويسرية قادرة على تسريع الجسيمات حتى 99.99 في المائة من سرعة الضوء وتحطيمها سويا. داخل الحلقة ، يقوم 9300 مغناطيس بتوجيه حزم من الجسيمات المشحونة في اتجاهين متعاكسين بمعدل 11،245 مرة في الثانية ، مما يؤدي في النهاية إلى جمعها معًا للتصادم المباشر. هذا المرفق قادر على إنشاء حوالي 600 مليون تصادم في كل ثانية ، وينبعث كميات هائلة من الطاقة ، وكل فترة من الوقت ، جسيمات ثقيلة غريبة لم يسبق رؤيتها من قبل. يعمل LHC في طاقات أعلى 6.5 مرة من مسرع الجسيمات الذي يحمل الرقم القياسي السابق ، تيفاترون من شركة Fermilab المعطل في الولايات المتحدة.
وتكلف المصادم LHC ما مجموعه 8 مليارات دولار للبناء ، منها 531 مليون دولار جاءت من الولايات المتحدة. يتعاون أكثر من 8000 عالم من 60 دولة مختلفة في تجاربها. قام المسرع أولاً بتشغيل أشعة في 10 سبتمبر 2008 ، ليصطدم بالجسيمات عند عشرة ملايين جزء فقط من كثافة التصميم الأصلي.
قبل أن تبدأ العمليات ، خشي البعض من أن جهاز تحطيم الذرة الجديد سيدمر الأرض ، ربما من خلال إنشاء ثقب أسود مستهلك بالكامل. لكن أي فيزيائي مرموق سيذكر أن مثل هذه المخاوف لا أساس لها.
قال المدير العام لـ CERN روبرت أيمار لـ LiveScience في الماضي: "إن LHC آمن ، وأي اقتراح بأنه قد يشكل خطرًا هو مجرد خيال".
هذا لا يعني أن المنشأة لا يمكن أن تكون ضارة إذا تم استخدامها بشكل غير صحيح. إذا كنت ستلصق يدك في الشعاع ، الذي يركز طاقة حاملة الطائرات في الحركة وصولاً إلى عرض أقل من مليمتر ، فإنه سيحدث ثقبًا من خلاله ثم سيقتلك الإشعاع في النفق.
بحث رائد
على مدى السنوات العشر الماضية ، حطم LHC الذرات معًا من أجل تجربتين رئيسيتين ، ATLAS و CMS ، اللتين تعملان وتحللان بياناتهما بشكل منفصل. هذا لضمان عدم تأثير أي من التعاونين على الآخر ، وأن كل منهما يوفر فحصًا على التجربة الشقيقة. أنتجت هذه الأدوات أكثر من 2000 ورقة علمية في العديد من مجالات فيزياء الجسيمات الأساسية.
في 4 يوليو 2012 ، شاهد العالم العلمي أنفاسًا متأخرة حيث أعلن باحثون في LHC اكتشاف بوزون هيجز ، قطعة اللغز النهائية في نظرية عمرها خمسة عقود تسمى النموذج القياسي للفيزياء. يحاول النموذج القياسي حساب جميع الجسيمات والقوى المعروفة (باستثناء الجاذبية) وتفاعلاتها. في عام 1964 ، كتب الفيزيائي البريطاني بيتر هيجز ورقة حول الجسيم الذي يحمل اسمه الآن ، موضحا كيف تنشأ الكتلة في الكون.
Higgs هو في الواقع حقل يتخلل كل المساحة ويسحب كل جسيم يتحرك من خلاله. تتدفق بعض الجسيمات ببطء أكبر عبر المجال ، وهذا يتوافق مع كتلتها الأكبر. بوزون هيجز هو مظهر من مظاهر هذا المجال ، والذي كان الفيزيائيون يلاحقونه منذ نصف قرن. تم بناء المصادم LHC بشكل صريح للقبض على هذا المحجر بعيد المنال. اكتشف في نهاية المطاف أن هيغز كان لديه 125 ضعف كتلة البروتون ، وقد حصل كل من بيتر هيجز والفيزيائي النظري البلجيكي فرانسوا إنغليرت على جائزة نوبل في عام 2013 للتنبؤ بوجودها.
حتى مع وجود Higgs في متناول اليد ، لا يستطيع الفيزيائيون الراحة لأن النموذج القياسي لا يزال لديه بعض الثقوب. أولاً ، لا تتعامل مع الجاذبية ، التي تغطيها غالبًا نظريات النسبية لأينشتاين. كما أنه لا يفسر سبب كون الكون من المادة وليس المادة المضادة ، والتي كان ينبغي إنشاؤها بكميات متساوية تقريبًا في بداية الوقت. وهي صامتة تمامًا بشأن المادة المظلمة والطاقة المظلمة ، التي لم يتم اكتشافها بعد عند إنشائها لأول مرة.
قبل تشغيل المصادم LHC ، كان العديد من الباحثين سيقولون أن النظرية العظيمة التالية هي نظرية تعرف باسم التناظر الفائق ، والتي تضيف شركاء توأميين متشابهين ولكن أكثر ضخامة إلى جميع الجسيمات المعروفة. يمكن أن يكون واحد أو أكثر من هؤلاء الشركاء الثقيلين مرشحًا مثاليًا للجسيمات التي تتكون منها المادة المظلمة. ويبدأ التناظر الفائق في التعامل مع الجاذبية ، موضحًا سبب كونه أضعف بكثير من القوى الأساسية الثلاثة الأخرى. قبل اكتشاف هيجز ، كان بعض العلماء يأملون في أن ينتهي البوزون باختلاف طفيف عما توقعه النموذج القياسي ، ملمحًا إلى الفيزياء الجديدة.
ولكن عندما ظهر Higgs ، كان الأمر طبيعيًا بشكل لا يصدق ، بالضبط في نطاق الكتلة حيث قال النموذج القياسي أنه سيكون. في حين أن هذا يعد إنجازًا كبيرًا للنموذج القياسي ، فقد ترك علماء الفيزياء دون أي خيوط جيدة للمضي قدمًا. بدأ البعض في الحديث عن العقود الضائعة التي تلاحق النظريات التي بدت جيدة على الورق ولكن لا يبدو أنها تتوافق مع الملاحظات الفعلية. يأمل الكثيرون أن تساعد عمليات أخذ البيانات التالية في المصادم LHC في توضيح بعض هذه الفوضى.
تم إغلاق LHC في ديسمبر 2018 لخوض عامين من الترقيات والإصلاحات. عندما يعود مرة أخرى عبر الإنترنت ، سيكون قادرًا على تحطيم الذرات مع زيادة طفيفة في الطاقة ولكن بمضاعفة عدد التصادمات في الثانية. ما سيجده إذن هو تخمين أي شخص. هناك حديث بالفعل عن مسرع جسيمات أكثر قوة لاستبداله ، يقع في نفس المنطقة ولكن أربعة أضعاف حجم LHC. يمكن أن يستغرق الاستبدال الهائل 20 عامًا و 27 مليار دولار.
