CERN (Center for European Nuclear Research)

ระบบอุโมงค์ยาว 27 กิโลเมตร อยู่ใต้ดินลึก 100 เมตร

ตำแหน่งเครื่องมือชิ้นสำคัญ

สุดยอดเครื่องจักร เทคโนโลยีชั้นเทพ ชิ้นเดียวของโลก

The Large Hadron Collider (LHC) คือ เครื่องเร่งอนุภาพพลังงานสูง เพื่อสร้าง
อนุภาคสำหรับการค้นคว้า ได้สร้างขึ้นที่ CERN (Center for European Nuclear
Research) ศูนย์ปฏิบัติการวิจัยนิวเคลียร์ภาคพื้นยุโรป โดยสถาบัน European
Organization for Nuclear Research เป็นศูนย์ปฎิบัติการ ทดลองด้านอนุภาค
ใหญ่ที่สุดของโลก ใกล้กับกรุงเจนีวา ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ และเขตชายแดน
ประเทศฝรั่งเศส

LHC ประกอบด้วยอุโมงค์ใต้ดินยาว 27 กิโลเมตร อยู่ใต้ดินลึก 100 เมตรเพื่อให้
อนุภาพ Electron และ Positron วิ่งปะทะกันด้วย การเร่งและเพิ่มอัตราจากสำแสง
(Beams) ของ Protons แต่ละด้านจากตรงกันข้าม ซึ่งมีพลังงานระดับ 7 TeV (Trillion electron Volts)

เมื่อแสดงผลชนปะทะกัน ของอนุภาพแบบ Head-on collisions (ส่วนหัวชนกัน)
Protons อาจสามารถสร้างพลังงานในระดับ 14 TeV ทั้งนี้ LHC ไม่มีข้อจำกัดต่อ
การชนปะทะพลังงาน ที่เคยศึกษาของ Proton-Proton เช่น การชนปะทะของ
Heavy ions หรือ Lead ซึ่งมีการเกิดพลังงานถึง 1148 TeV

การที่พลัง Proton ระดับ 7 TeV วิ่งอยู่ในวงแหวนท่ออุโมงค์ ใน LHC ก่อให้เกิด
สนามแม่เหล็กไฟฟ้าระดับ 8.36 Tesla (หน่วยวัดการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก)
เป็นไปได้ที่เกิด Superconductivity (สภาพการนำอย่างยิ่งยวด เกือบไม่มีความ
ต้านทาน เมื่อถูกทำให้เย็นลงระดับ -273°C) และสามารถมาใช้กับวัตถุดิบต่างๆ
ในระดับ อุณหภูมิต่ำมากๆ (Very low temperatures) อย่างไม่ผิดพลาดโดย
สื่อไฟฟ้าจะไม่มีความต้านทานและสูญหาย หลังจากนั้นจะทำให้เกิด High mag-
netic fields (สนามแม่เหล็กพลังสูง)

ภายในพื้นที่ปฎิบัติการของ LHC มีอุณหภูมิเย็นจัด ระดับอวกาศชั้นนอก (Outer
space) ใช้ความก้าวหน้าของ Superconductivity magnet (แม่เหล็กเหนี่ยวนำ
อย่างยิ่งยวด หรือแม่เหล็กพลังสูง)

เทคโนโลยี การเร่งจากขั้ว Superconducting จำนวน 1,296 ชุดและ แม่เหล็ก
กว่า 2,500 ชุด เพื่อเป็นตัวนำและชนปะทะจาก LHC beams จากขนาดเล็กปกติ
ธรรมดาเป็นสื่อโน้มไปยัง แม่เหล็กขนาดใหญ่เกิดจุดศูนย์รวมที่แท่ง ทั้งหมดจึง
เป็นการติดตั้ง Superconducting ใหญ่ที่สุดของโลก

ATLAS detector

แม่เหล็ก ภายใน ATLAS detector

แนววงแหวนใต้ดิน บริเวณ Atlas

ภายในอุโมงค์ของ LHC

กลไกมหัศจรรย์ ใช้นักวิทยาศาสตร์ มากที่สุดในโลก

5 จุดสำคัญ ของเครืองมือตรวจจับเมื่อ LHC's beams ขณะเกิดการชนปะทะของ
อนุภาคในปฎิบัติการทดลอง

เริ่มจาก ATLAS และ CMS ทั้ง 2 ชิ้นมีขนาดใหญ่มาก โดยคอยตรวจจับวิเคราะห์
การรวมตัวของอนุภาพจากการ ชนปะทะกันจากการขบวนการเร่งอนุภาพ จึงได้
ออกแบบให้มีขนาดใหญ่ เพื่อผลเท่าที่เป็นไปได้ในทางกายภาพ

ATLAS detector
ขนาดยาว 26 เมตร และกว้าง 25 เมตร น้ำหนัก 7,000 ตัน ตำแหน่งบริเวณ
Meyrin,Switzerland ด้วยความร่วมมือของ นักวิทยาศาสตร์รวม 1,700 คน
ทั้งหมด 159 สถาบัน จาก 37ประเทศ

CMS หรือ Compact Muon Solenoid
ขนาดยาว 21 เมตร และกว้าง 15 เมตร สูง 15 เมตร น้ำหนัก 12,500 ตัน
ตำแหน่งบริเวณ Cessy, France ด้วยความร่วมมือ ของนักวิทยาศาสตร์รวม
2,000 คน ทั้งหมด 155 สถาบัน จาก 37 ประเทศ

อีกสองชิ้นถัดมา มีขนาดกลางคือ ALICE และ LHCb เป็นเครื่องมือพิเศษตรวจจับ
เพื่อการวิเคราะห์จากการชนปะทะ อนุภาคประเภทที่ปรากฎให้มองเห็นได้

ALICE หรือ A Large Ion Collider Experiment
ขนาดยาว 26 เมตร และกว้าง 16 เมตร สูง 16 เมตร น้ำหนัก 10,000 ตัน ตำแหน่งบริเวณ St Genis-Pouilly,France ด้วยความร่วมมือ ของนักวิทยาศาสตร์
รวม 1,000 คน ทั้งหมด 94 สถาบัน จาก 28 ประเทศ

LHCb หรือ Large Hadron Collider beauty
ขนาดยาว 21 เมตร และกว้าง 10 เมตร สูง 13 เมตร น้ำหนัก 5,600 ตัน ตำแหน่งบริเวณ Ferney-Voltaire,France ด้วยความร่วมมือ ของนักวิทยาศาสตร์
650 คน ทั้งหมด 48 สถาบันจาก 13 ประเทศ

จุดสำคัญสุดท้าย ประกอบด้วยชิ้นขนาดเล็ก 2 ส่วน คือ TOTEM และ LHCf ออก
แบบเพื่อสังเกตจุดรวม Forward particles (จุดอนุภาคที่รุนแรงกว่าปกติ) ของ
Protons หรือ Heavy ions ซึ่งอนุภาคดังกล่าว มักจะกระจายตัวปะทะกันประปราย
เป็นครั้งคราว จาก Beams หรือ การชนปะทะย้อนกันบริเวณ Head-on collisions (ส่วนหัวที่ชนกัน)

TOTEM หรือ TOTal Elastic and diffractive cross section
Measurement
ขนาดยาว 440 เมตร กว้าง 5 เมตร สูง 5 เมตร น้ำหนัก 20 ตัน ตำแหน่งบริเวณ
Cessy, France (ใกล้กับบรเวณ CMS) ด้วยความร่วมมือ ของนักวิทยาศาสตร์
50 คน ทั้งหมด 10 สถาบัน จาก 8 ประเทศ

LHCf หรือ Large Hadron Collider forward
มี 2 ชิ้นแต่ละชิ้น ขนาดยาว 30 ซม.สูง 80 ซม.กว้าง 10 ซม. น้ำหนัก 40 กก.
ตำแหน่งบริเวณ Meyrin, Switzerland (ใกล้กับบริเวณ ATLAS) ด้วยความ
ร่วมมือ ของนักวิทยาศาสตร์ 22 คน ทั้งหมด 10 สถาบัน จาก 4 ประเทศ

การร่วมมือออกแบบ จัดสร้างดังกล่าวเป็นความร่วมมือครั้งยิ่งใหญ่ อย่างท่วมท้น
ของโลก ทั้งนักวิทยาศาสตร์จากสถาบันชั้นนำ นักศึกษาจากมหาวิทยาลัยต่างๆ
ที่มีจุดประสงค์เดียวกันในการหาคำตอบ ทางวิทยาศาสตร์จากการสืบค้นจักรวาล

ชิ้นส่วนด้าน Electronic ของ ATLAS detector มีความซับซ้อนมาก

การประกอบระบบของ ATLAS detector

เจ้าหน้าในห้องควบคุม การปฎิบัติการ

ระบบการทำงาน และประสิทธิภาพสุดขั้ว อย่างไม่เคยมีมาก่อน

ด้วยขนาดยาวของ LHC accelerator 26,659 เมตร มีจำนวนแม่เหล็ก 9,300 ชิ้น
อยู่ภายใน โดยแม่เหล็กทั้งหมด มีความเย็น -193.2°C (80 K) ใช้ไนโตเจนเหลว
10,800 ตัน ในการเริ่มทำความเย็น ก่อนหน้านั้นได้บรรจุฮีเลียมเหลว 60 ตันไว้
เพื่อให้เกิดความเย็นจัด รักษาอุณหภูมิในระดับ -271.3°C (1.9 K) เทียบเท่ากับ
ความเย็นสภาพอวกาศชั้นนอก ของระบบสุริยะ

เมื่อเกิดควันบางๆ รอบๆ LHC accelerator แสดงถึงการเดินเครื่องเต็มพิกัด ด้วย
11,245 รอบต่อวินาที เท่ากับความเร็วแสง 99.99% จากนั้นสำแสง (Beams) ทั้ง
สองของ Protons ต่างจะเกิดการเดินทาง มีพลังงานที่ระดับ 7 TeV ชนปะทะกัน
โดยตรงแบบ Head-to-Head (ส่วนหัวชนส่วนหัว) มีระดับพลังงานที่ 14 TeV ได้
ทั้งหมดเกิดการชน 600 ล้านครั้งทุกๆวินาที เช่นการเกิดขึ้นแบบเดียวกันในอวกาศ
ของระบบสุริยะ

แม้มีการหลบหลีกชนปะทะบ้างของ Gas molecules ภายใน LHC accelerator
ลำแสงอนุภาคก็เดินทางในสูญญากาศ (Ultra-high vacuum ) เช่นเดียวกับช่องที่
ว่างเปล่า ระหว่างดาวเคราะห์ในอวกาศ โดยภายในมีความกดดัน 10-13 atm น้อย
กว่าบนดวงจันทร์ 10 เท่า (เทียบเท่าจุดสูญญากาศสูงสุดในกาแล็คซี่)

LHC เป็นเครื่องมือแสดงผล ได้ในระดับร้อนและเย็นสุดขั้ว เมื่อลำแสงอนุภาคชน
ปะทะกัน สามารถก่ออุณภูมิสูงได้ 100,000 เท่าของใจกลาง ดวงอาทิตย์ แต่ใน
ทางตรงข้ามกัน Cryogenic distribution system (ระบบกระจายตัวของวัตถุใน
อุณภูมิต่ำ) ไหลเวียนแผ่ซ่าน เกินความต้องการไปทั่วภายใน เพื่อรักษาสถานะ
ความเย็นจัดระดับ -271.3°C (1.9 K) แบบเดียวใน อวกาศชั้นนอก ซึ่งเป็นเรื่อง
ใหม่ใช้ในการตรวจจับอนุภาคครั้งนี้

การแสดงตัวตนของ อนุภาค Higgs boson มีอยู่ทั่วไปในจักรวาล

อาจพบอนุภาคตั้งต้นอีกมาก ที่ไม่เคยรู้จัก