大型ハドロン衝突型加速器

どのように動作するか

LHCは水素原子をイオン化して陽子を取り出す。水素原子は、1つの陽子と1つの電子だけで構成されています。水素原子をイオン化するときには、1個の電子を取り除いて正味の正電荷を与えます。そして、水素の陽子は電磁石によって円の中に導かれます。電磁石を強力にするためには、非常に冷えていなければなりません。トンネルの中は液体ヘリウムで冷やされています。絶対零度以上の温度に保たれています。陽子は光速に近い速度で互いにぶつかり合い、E=mc²でエネルギーに変換されます。そして、それが反転して質量を作ります。衝突現場には4層の検出器があります。爆発は各層を通過し、各検出器は反応の異なる段階を記録します。

粒子同士がぶつかると、そのエネルギーがさまざまな粒子に変換されます。検出器のデータを注意深く見ることで、科学者は粒子が何でできているのか、粒子がどのように相互作用しているのかを研究することができます。粒子を作るためには非常に高いエネルギーが必要なため、これが唯一の検出方法となっています。LHCの粒子衝突は、必要なエネルギーを持っています。

LHCには3つの主要な部分があります。粒子加速器、4つの検出器、そしてグリッドです。加速器は衝突を起こしますが、その結果を直接観測することはできません。検出器はそれを使えるデータに変換してグリッドに送ります。グリッドは、研究者がデータを解釈するために使用するコンピュータネットワークです。36カ国に170か所あり、そこには通常のデスクトップコンピュータで埋め尽くされています。これらのコンピュータはすべて接続されており、それらが一緒になってスーパーコンピュータとして機能しています。LHCのグリッドは、これまでに作られた中で最も強力なスーパーコンピューターと考えられています。コンピュータは処理能力とデータ保存領域を共有しています。

グリッドは非常に強力ですが、検出器から受信したデータの約1パーセントしか取り込むことができません。その限界が、LHCが量子力学について教えてくれたことを利用して、より高速なコンピュータを作るために量子コンピュータを作るという試みの動機付けになっています。

科学者たちはLHCを使って、標準模型では存在すると予測されていたヒッグス粒子を発見しました。

LHCにブラックホールができると非常に危険だという意見もありました。心配しなくてもいい理由は2つあります。1つ目は、LHCは毎日地球に降り注ぐ宇宙線にはないことを何もしていないし、その宇宙線がブラックホールを作ることもないということです。2つ目の理由は、仮にLHCがブラックホールを作ったとしても、それは非常に小さいものであるということです。ブラックホールが小さければ小さいほど、その寿命は短くなります。非常に小さなブラックホールは、人を傷つける前に蒸発してしまいます。

LHCは2008年9月10日に初めて使われましたが、冷却装置が壊れて動かなくなりました。荷電粒子を動かすのに役立つ磁石が冷えていなければならない。この故障により、施設の一部が崩壊した。研究室は冬の間閉鎖され、衝突型加速器は2009年11月まで使用されませんでした。その間、科学者たちはテバトロンを使ってヒッグス粒子を探していました。2009年11月にLHCが再稼働すると、陽子を1.18 TeV（テラエレクトロンボルト、1兆電子ボルト）まで加速し、速度の新記録を打ち立てました。2010年3月30日には、3.5 TeVの衝突を起こしました。