LHC to największy na świecie akcelerator cząstek znajdujący się w Europejskim Ośrodku Badań Jądrowych CERN w pobliżu Genewy. LHC jest położony na terenie Francji oraz Szwajcarii.

Wielki Zderzacz Hadronów jest największą maszyną świata. Jego zasadnicze elementy są umieszczone w tunelu w kształcie obwarzanka o długości około 27 km, położonym na głębokości od 50 do 175 m pod ziemią.

Zderzacz wykorzystuje nadprzewodzące elektromagnesy (nadprzewodnictwo to stan polegający na zerowym oporu, osiągany w bardzo niskiej temperaturze) schłodzone helem do 1,9 K (-271,05°C) przez które płynie prąd elektryczny o natężeniu do 11850 A.

Cząstki rozpędzone przez LHC okrążają go 11 000 razy na sekundę (297 000 km/s,

1 069 200 000 km/h).

LHC ma za zadanie umożliwić odkrycie Bozonu Higgsa.

Jest to cząstka elementarna używana przez Model Standardowy, który opisuje trzy z czterech podstawowych odziaływań:

oddziaływanie elektromagnetyczne;

oddziaływanie słabe przenoszone jest za pomocą jednej z trzech masywnych cząstek: bozonów naładowanych (W+ i W-) oraz bozonu neutralnego (Z0)

Bozon W – cząstka elementarna (podstawowy budulec, czyli najmniejszym i nieposiadającym wewnętrznej struktury) pośrednicząca w oddziaływaniach słabych, wymieniana przez elektrony i inne cząstki oddziałujące oddziaływaniem słabym podczas zderzeń.

Bozon Z – cząstka podobna do Bozonu W; ma ładunek zerowy i jest swoją antycząstką.

Oddziaływanie słabe jest odpowiedzialne za rozpad beta

Rozpad beta – jeden z typów reakcji rozpadu jądra. Jest to przemiana jądrowa, której skutkiem jest przemiana nukleonu (wspólna nazwa protonu i neutronu) w inny nukleon Wyróżnia się dwa rodzaje tego rozpadu: rozpad β – (neutron zostaje zastąpiony protonem) oraz rozpad β + (proton zostaje zastąpiony neutronem). W wyniku tego rozpadu zawsze wydzielana jest energia, którą unoszą produkty rozpadu. Część energii rozpadu może pozostać zmagazynowana w jądrze w postaci energii jego wzbudzenia, dlatego rozpadowi beta towarzyszy często emisja promieniowania gamma. Siła oddziaływania słabego jest 109 razy mniejsza niż siła oddziaływania silnego;

oddziaływanie silne - spośród cząstek elementarnych silnie oddziałują tylko

kwarki – cząstki elementarne, są niepodzielne. Bardzo ważną cechą kwarków jest fakt, iż nie występują one jako cząstki swobodne, nie da się ich oderwać, odizolować.

Rodzaje kwarków:

Górny (najlżejszy, wchodzi w skład protonu i neutronu, ładunek elektryczny +2/3 e);

Dolny (drugi najlżejszy, wchodzi w skład protonu i neutronu ładunek elektryczny -1/3 e);

Dziwny (nie występuje w spotykanej we wszechświecie materii, ładunek elektryczny -1/3 e)

Powabny (nie występuje w zwykłej materii, występuje natomiast w cząstkach wytwarzanych sztucznie, ładunek elektryczny +2/3 e)

Spodni (Charakteryzuje się dużą masą, ładunek elektryczny -1/3 e)

Szczytowy (jest najcięższym znanym kwarkiem. Jego masa jest na tyle duża, że pojedynczy kwark t potrafi się rozpaść, aby było to możliwe masa kwarka musi być większa niż bozonu W [m = 80,425 GeV = 80 425 000 000 eV; 1 eV = 1,783 × 10-36 kg] ładunek elektryczny +2/3 e)

gluony - bezmasowa cząstka elementarna, nie mają ładunku elektrycznego.

Oddziaływanie silne wiąże kwarki w obrębie hadronów

hadrony - grupa cząstek silnie oddziałujących złożonych z kwarków. Właściwością hadronów jest ich liczba barionowa (Zachowanie liczby barionowej wyraża fakt, że kwarki muszą powstawać w przemianach zawsze w takiej samej liczbie jak antykwarki) oraz całkowity ładunek elektryczny, choć budujące je kwarki mają ładunki ułamkowe (2/3 e lub –1/3 e)

Bozon Higgsa - cząstka ta miała istnieć jedynie przez około dziesięć milisekund po Wielkim Wybuchu i dać początek wszelkiej materii. Istnienie tej cząstki jest uzasadniane Polem Higgsa polegającym na sprzężeniu pól kwantowych materii (Kwant – najmniejsza porcja, jaką może mieć lub o jaką może zmienić się dana wielkość fizyczna w pojedynczym zdarzeniu. Max Planck wysunął postulat, że energia nie jest ciągła, jak uważał Newton, ale występuje w niewielkich, oddzielnych paczkach, zwanych właśnie kwantami. Następnie Einstein stwierdził, że światło również składa się z takich paczek, później nazwanych fotonami.

Pole Higgsa zakłada, że żadna cząstka, która nie znajduje się w tym polu nie posiada masy. Oddziaływanie z Polem Higgsa nadaje masę niezależnie od położenia i kierunku ruchu. Uważa się, że cząstka nadająca to pole, Bozon Higgsa był tachionem (poruszał się szybciej od światła) Tachiony poruszać się mogą wyłącznie szybciej od światła (bariera prędkości światła jest dla nich również nieprzekraczalna, tyle że „w dół”), poruszają się w czasie wstecz, ich masa jest wyrażona przez liczbę urojoną. Jednostka urojona spełnia równanie i2 = − 1. Tachion zderzający się z atomami pewnego ciała, traci energię a co się z tym wiąże - zwiększa swoją prędkość, kolejne interakcje z materią powodują iż prędkość ta może rosnąć nieograniczenie

Badania w LHC umożliwią odkrycie cząstek tworzących ciemną materię, którymi być może będą cząstki supersymetryczne



Ciemna materia – materia nieemitująca i nieodbijająca światła, której istnienie zdradzają jedynie wywierane przez nią efekty grawitacyjne. Według współczesnej wiedzy stanowi ok. 22–23% masy Wszechświata, obok materii zwykłej (widzialnej) i dominującej ciemnej energii.

Ciemna energia – forma energii, która wypełnia całą przestrzeń i wywiera na nią ujemne ciśnienie, wywołując rozszerzanie się Wszechświata. Jest to jedno z pojęć wprowadzone w celu wyjaśnienia przyspieszania ekspansji kosmosu oraz problemu brakującej masy we Wszechświecie. Ciemna energia stanowi 74% masy wszechświata, dla porównania, wszystkie gwiazdy i planety stanowią 0,4% masy wszechświata.

Symetria - symetriom podlegają przestrzeń, pola kwantowe itd. Z ich istnienia można wywnioskować zasady zachowania oraz wszystkie własności cząstek elementarnych, takie jak ładunki, masy i oddziaływania, w których uczestniczą. Jedną z symetrii jest supersymetria.

Supersymetria - przekształca bozony w fermiony

Fermiony - posiadające niecałkowity spin. Każda cząstka jest bozonem lub fermionem, zależnie od posiadanego spinu – twierdzenie statystyki spinowej narzuca wynikającą z niego statystykę kwantową, która odróżnia fermiony od bozonów. Zgodnie z Modelem Standardowym fermiony są cząstkami elementarnymi materii, natomiast bozony przenoszą oddziaływania.

Spin - własny moment pędu cząstki w układzie, w którym nie wykonuje ruchu postępowego (obrót wokół własnej osi). Cząstki będące konglomeratami cząstek elementarnych mają również swój spin będący sumą wektorową spinów wchodzących w skład jego cząstek elementarnych.

Supersymetria t oznacza, że powinna istnieć identyczna liczba fermionów i ich partnerów supersymetrycznych – bozonów. Tak np. elektronowi, który jest fermionem powinien towarzyszyć hipotetyczny bozon o tym samym ładunku który nazywamy selektronem. Podobnie fotonowi który jest bozonem powinien towarzyszyć fermion fotino.