유럽 입자 물리학 연구소 (European Laboratory for Particle Physics)라고도하며 일반적으로 CERN 또는 Cern (1952 년에 설립 된 임시기구 인 유럽 핵 연구위원회의 이름에서 유래)으로 알려진 유럽 핵 연구기구는 가장 위대한 입자 물리학입니다. 세계의 중심. Meyrin, Prévessin-Moëns 및 Saint-Genis-Pouilly의 지방 자치 단체에서 프랑코-스위스 국경을 가로 지르는 스위스 제네바에서 몇 킬로미터 떨어져 있습니다.
CERN은 우주의 구성과 작동 방식을 더 잘 이해하는 것을 목표로합니다. 이를 위해 CERN은 과학자들에게 세계에서 유일하게 복잡한 입자 가속기를 제공하여 인간 지식의 한계를 뛰어 넘을 수 있도록합니다. 1954 년에 설립 된 실험실은 국제 협력의 주목할만한 사례가되었습니다. 우리의 임무는 다음과 같습니다. 인간 지식의 최첨단에서 연구 할 수있는 독특한 입자 가속기 복합체를 제공합니다. 기초 물리학 분야에서 세계적 수준의 연구를 수행합니다. 모두의 이익을 위해 과학과 기술의 경계를 넓히기 위해 전 세계의 사람들을 모았습니다.
1954 년에 설립 된 CERN은 프랑스-스위스 국경에있는 제네바의 북서쪽 교외에 있으며 23 개의 회원국이 있습니다. 이스라엘은 완전한 회원 자격이 부여 된 유일한 비 유럽 국가입니다. CERN은 공식 유엔 옵서버입니다. CERN이라는 약어는 2016 년에 2,500 명의 과학, 기술 및 행정 직원이 있었고 약 12,000 명의 사용자를 수용 한 실험실을 지칭하는데도 사용되었습니다.
CERN의 주요 기능은 고 에너지 물리학 연구에 필요한 입자 가속기 및 기타 인프라를 제공하는 것입니다. 그 결과 CERN에서 국제 협력을 통해 수많은 실험이 구축되었습니다. Meyrin의 메인 사이트에는 주로 실험 데이터를 저장 및 분석하고 이벤트를 시뮬레이션하는 데 사용되는 대규모 컴퓨팅 시설이 있습니다. 연구원은 이러한 시설에 대한 원격 액세스가 필요하므로 실험실은 역사적으로 주요 광역 네트워크 허브였습니다. CERN은 또한 World Wide Web의 발상지입니다.
역사
CERN을 설정하는 협약은 1954 년 9 월 29 일 서유럽의 12 개국에서 비준되었습니다. CERN이라는 약어는 원래 1952 년에 12 개의 유럽 정부가 설립 한 실험실 건설을위한 잠정위원회였던 Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (유럽 핵 연구위원회)의 프랑스어 단어를 나타냅니다.이 두문자어는 이후 새 실험실을 위해 유지되었습니다. 임시 협의회는 1954 년에 현재의 조직인 Européenne이 La Recherche Nucléaire (European Organization for Nuclear Research)로 변경 되었음에도 불구하고 해산되었습니다. CERN의 전 이사 인 Lew Kowarski에 따르면 이름이 변경되었을 때 약어는 어색한 OERN이되었고 Werner Heisenberg는 “이름이 있더라도 여전히 CERN 일 수 있습니다.”라고 말했습니다.
CERN의 초대 대통령은 Benjamin Lockspeiser 경이었습니다. Edoardo Amaldi는 작전이 아직 잠정적이었을 때 초기 단계에서 CERN의 사무 총장이었으며 첫 번째 사무 총장 (1954)은 Felix Bloch였습니다.
이 실험실은 원래 원자핵 연구에 전념했지만 곧 아 원자 입자 간의 상호 작용 연구와 관련된 고 에너지 물리학에 적용되었습니다. 따라서 CERN이 운영하는 실험실은 일반적으로 입자 물리학을위한 유럽 실험실 (Laboratoire européen pour la physique des particules)으로 불리며 그곳에서 수행되는 연구를 더 잘 설명합니다.
창립 멤버
1953 년 6 월 29 일부터 7 월 1 일까지 파리에서 열린 제 6 차 CERN 협의회에서 조직 설립 협약은 12 개 주에서 비준을 거쳐 서명되었습니다. 이 협약은 벨기에, 덴마크, 프랑스, 독일 연방 공화국, 그리스, 이탈리아, 네덜란드, 노르웨이, 스웨덴, 스위스, 영국, 유고 슬라비아 등 12 개 창립 회원국에 의해 점차 비준되었습니다.
발견
1983 년에 전기 약한 이론이 거의 완전히 확인되고 약한 힘과 전자기력이 거의 통일됩니다. 또한 올해 9 월 13 일 LEP의 첫 번째 작업이 시작됩니다. 1984 년에 Carlo Rubbia와 Simon van der Meer는 전기 약한 힘에 관한 발견으로 10 월에 노벨 물리학상을 받았습니다. 1989 년 LEP가 출범 한 이후, 전기 약한 힘에 대한 이론의 예측이 확인되었습니다. 특히 질량이 양성자보다 약 80 배인 하전 입자 (W boson)와 중성 입자 (Z boson)의 존재가 확인되었습니다. ) 질량은 양성자의 약 91 배입니다.
1989 년과 1990 년 사이에 Robert Cailliau와 합류 한 Tim Berners-Lee는 하이퍼 텍스트 정보 시스템 인 World Wide Web을 설계하고 개발했습니다.
1992 년 Georges Charpak은 1968 년 CERN에서 수행 한 작업으로 노벨 물리학상을 수상했습니다 (다중 와이어 비례 챔버 개발).
2010 년 11 월 18 일, 연구자들은 자기장에 처음으로 항 수소 원자를 포착하는 데 성공했다고 발표했습니다.
2012 년 7 월 4 일, 이론에 설명 된대로 힉스 보손의 속성과 호환되는 것으로 보이는 새로운 입자가 확인되었습니다. 2013 년에 처리 된이 실험의 추가 결과는이 새로운 기본 입자가 힉스 보손이라는 것을 확인했으며, 그 특성은 지금까지 표준 모델에 설명 된 것과 호환됩니다. 노벨 물리학상은 이론 물리학자인 François Englert와 Peter Higgs가이 입자에 대한 이론적 연구로 1960 년대부터 그 존재를 예측 한 공로로 2013 년에 수여되었습니다.
과학적 성과
CERN의 실험을 통해 입자 물리학에서 몇 가지 중요한 성과를 거두었습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.
1973 : Gargamelle 버블 챔버에서 중성 전류 발견;
1983 : UA1 및 UA2 실험에서 W 및 Z boson 발견;
1989 : Z boson 피크에서 작동하는 LEP (Large Electron-Positron Collider)에서 가벼운 중성미자 군의 수 결정.
1995 : PS210 실험에서 최초의 항 수소 원자 생성;
1999 : NA48 실험에서 직접적인 CP 위반 발견;
2010 : 항 수소 원자 38 개 분리;
2011 : 15 분 이상 항 수소 유지;
2012 년 : 오랫동안 구매 한 힉스 보손과 일치하는 약 125 GeV / c2의 질량을 가진 보손.
2011 년 9 월, CERN은 OPERA Collaboration이 가벼울 가능성이있는 중성미자의 탐지를보고했을 때 언론의 주목을 받았습니다. 추가 테스트에 따르면 GPS 동기화 케이블이 잘못 연결되어 결과에 결함이있는 것으로 나타났습니다.
1984 년 노벨 물리학상은 카를로 루비아와 사이먼 반 데르 미어가 W와 Z 보손을 발견 한 공로로 수여되었습니다. 1992 년 노벨 물리학상은 CERN 직원 연구원 인 Georges Charpak이 “입자 탐지기, 특히 멀티 와이어 비례 챔버의 발명 및 개발”에 대해 수여되었습니다. 2013 년 노벨 물리학상은 CERN 실험에서 힉스 보손이 발견 된 다음 해에 힉스 메커니즘에 대한 이론적 설명으로 François Englert와 Peter Higgs에게 수여되었습니다.
컴퓨터 과학
World Wide Web은 1989 년 Tim Berners-Lee와 1990 년 Robert Cailliau에 의해 시작된 ENQUIRE라는 CERN 프로젝트로 시작되었습니다. Berners-Lee와 Cailliau는 1995 년 컴퓨터 기계 협회 (Association for Computing Machinery)에서 공동으로 수상했습니다. 월드 와이드 웹.
하이퍼 텍스트 개념을 기반으로 한이 프로젝트는 연구자들 간의 정보 공유를 촉진하기위한 것입니다. 첫 번째 웹 사이트는 1991 년에 활성화되었습니다. 1993 년 4 월 30 일 CERN은 월드 와이드 웹이 누구에게나 무료로 제공 될 것이라고 발표했습니다. Berners-Lee가 만든 최초의 웹 페이지 사본은 여전히 World Wide Web Consortium의 웹 사이트에 역사적 문서로 게시되어 있습니다.
웹 개발 이전에 CERN은 1980 년대 초부터 인터넷 기술 도입을 개척했습니다.
최근에 CERN은 E-sciencE (EGEE) 및 LHC 컴퓨팅 그리드를 포함한 프로젝트를 호스팅하는 그리드 컴퓨팅 개발을위한 시설이되었습니다. 또한 스위스의 두 주요 인터넷 교환 지점 중 하나 인 CERN Internet Exchange Point (CIXP)를 호스팅합니다.
입자 가속기
현재 단지
CERN은 6 개의 가속기와 1 개의 감속기로 구성된 네트워크를 운영합니다. 체인의 각 기계는 입자 빔의 에너지를 증가시켜 실험이나 다음으로 더 강력한 가속기에 전달합니다. 현재 (2019 년 현재) 활성 머신은 다음과 같습니다.
저에너지 입자를 생성하는 LINAC 3 선형 가속기. 저에너지 이온 링 (LEIR)에 주입하기 위해 4.2 MeV / u의 중이온을 제공합니다.
Proton Synchrotron Booster는 다른 가속기로 전달되기 전에 양성자 선형 가속기에 의해 생성 된 입자의 에너지를 증가시킵니다.
LEIR (Low Energy Ion Ring)은 이온 선형 가속기 LINAC 3의 이온을 가속하여 PS (Proton Synchrotron)로 전송합니다. 이 가속기는 이전의 LEAR (Low Energy Antiproton Ring)에서 재구성 된 후 2005 년에 시운전되었습니다.
28 GeV Proton Synchrotron (PS)은 1954 ~ 1959 년에 제작되었으며 여전히 더 강력한 SPS의 공급 장치로 작동합니다.
1976 년 가동을 시작한 터널에 지어진 직경 2km의 원형 가속기 인 Super Proton Synchrotron (SPS)은 300GeV의 에너지를 전달하도록 설계되었으며 점차 450GeV로 업그레이드되었습니다. 고정 표적 실험 (현재 COMPASS 및 NA62)을위한 자체 빔라인을 보유하고있을뿐만 아니라 양성자-반양성자 충돌기 (SppS 충돌기)로 작동하고 대 전자에 주입 된 고 에너지 전자 및 양전자를 가속합니다. – 양전자 충돌기 (LEP). 2008 년부터는 LHC (Large Hadron Collider)에 양성자와 중이온을 주입하는 데 사용되었습니다.
불안정한 핵을 연구하는 데 사용되는 온라인 동위 원소 질량 분리기 (ISOLDE). 방사성 이온은 양성자 싱크로트론 부스터 (Proton Synchrotron Booster)로부터 1.0–1.4 GeV의 에너지에서 양성자의 충격에 의해 생성됩니다. 1967 년에 처음 시운전되었으며 1974 년과 1992 년에 주요 업그레이드를 통해 재건되었습니다.
반양성자 감속기 (AD)는 반물질 연구를 위해 반양성자 속도를 빛 속도의 약 10 %로 감소시킵니다.
원리 증명 플라즈마 웨이크 필드 가속기 인 AWAKE 실험.
CERN CLEAR (Linear Electron Accelerator for Research) 가속기 연구 및 개발 시설.
대형 강 입자 충돌기
CERN의 많은 활동에는 현재 LHC (Large Hadron Collider) 작동 및 이에 대한 실험이 포함됩니다. LHC는 대규모 전 세계 과학 협력 프로젝트를 대표합니다.
LHC 터널은 제네바 국제 공항과 인근 쥐라 산맥 사이에있는 지하 100m에 위치해 있습니다. 길이의 대부분은 국경의 프랑스쪽에 있습니다. 이는 2000 년 11 월에 폐쇄 된 LEP (Large Electron-Positron Collider)가 이전에 사용하던 27km 원주 원형 터널을 사용합니다. CERN의 기존 PS / SPS 가속기 복합체는 양성자와 납 이온을 사전 가속하는 데 사용됩니다. LHC에.
8 개의 실험 (CMS, ATLAS, LHCb, MoEDAL, TOTEM, LHCf, FASER 및 ALICE)이 충돌체를 따라 위치합니다. 그들 각각은 다른 측면과 다른 기술로 입자 충돌을 연구합니다. 이러한 실험을위한 건설에는 엄청난 엔지니어링 노력이 필요했습니다. 예를 들어, 각 조각의 무게가 거의 2,000 톤에 달하기 때문에 특수 크레인을 벨기에에서 대여하여 CMS 감지기를 동굴에 내려 놓았습니다. 건설에 필요한 약 5,000 개의 자석 중 첫 번째 자석이 2005 년 3 월 7 일 13:00 GMT에 특수 샤프트 아래로 내려갔습니다.
LHC는 방대한 양의 데이터를 생성하기 시작했으며 CERN은 분산 처리를 위해 전 세계 실험실로 스트리밍합니다 (특수 그리드 인프라 인 LHC 컴퓨팅 그리드 사용). 2005 년 4 월 동안 평가판은 600MB / s를 전 세계 7 개 사이트로 성공적으로 스트리밍했습니다.
최초의 입자 빔은 2008 년 8 월 LHC에 주입되었습니다. 첫 번째 빔은 2008 년 9 월 10 일에 전체 LHC를 통해 순환되었지만 10 일 후 자석 연결 결함으로 인해 시스템이 고장 났으며 2008 년 9 월 19 일에 수리를 위해 중단되었습니다. .
LHC는 각각 3.5 테라 전자 볼트 (TeV)의 에너지를 가진 두 개의 빔을 성공적으로 순환시켜 2009 년 11 월 20 일에 가동을 재개했습니다. 엔지니어의 과제는 두 빔을 정렬하여 서로 박살내는 것이 었습니다. 가속기 및 기술 담당 이사 인 스티브 마이어스에 따르면 이것은 “대서양을 가로 질러 두 개의 바늘을 쏘고 서로 부딪 히게하는 것”과 같습니다.
2010 년 3 월 30 일, LHC는 양성자 당 3.5 TeV의 에너지로 두 개의 양성자 빔을 성공적으로 충돌시켜 7 TeV 충돌 에너지를 생성했습니다. 그러나 이것은 예상되는 Higgs boson 발견에 필요한 시작에 불과했습니다. 7 TeV 실험 기간이 끝났을 때 LHC는 2012 년 3 월부터 8 TeV (양성자 당 4 TeV)로 회전했으며 곧 그 에너지에서 입자 충돌을 시작했습니다. 2012 년 7 월 CERN 과학자들은 나중에 힉스 보손으로 확인 된 새로운 아 원자 입자의 발견을 발표했습니다. 2013 년 3 월 CERN은 새로 발견 된 입자에 대해 수행 된 측정을 통해 이것이 Higgs boson이라는 결론을 내릴 수 있다고 발표했습니다. 2013 년 초, LHC는 가속기 내부의 자석 사이의 전기 연결을 강화하고 기타 업그레이드를 위해 2 년의 유지 관리 기간 동안 비활성화되었습니다.
2 년 간의 유지 관리 및 통합 후 2015 년 4 월 5 일에 LHC가 두 번째 실행을 위해 다시 시작되었습니다. 기록적인 에너지 6.5 TeV에 대한 첫 번째 램프가 2015 년 4 월 10 일에 수행되었습니다. 2016 년에는 처음으로 설계 충돌 률을 초과했습니다. 2018 년 말에 시작된 두 번째 2 년 셧다운 기간.
건설중인 가속기
2019 년 10 월 현재 HL-LHC (High Luminosity LHC)라는 프로젝트에서 LHC의 광도를 업그레이드하기위한 공사가 진행 중입니다. 이 프로젝트는 LHC 가속기가 2026 년까지 훨씬 더 높은 광도로 업그레이드 될 것입니다.
HL-LHC 업그레이드 프로젝트의 일환으로 다른 CERN 가속기 및 해당 하위 시스템도 업그레이드를 받고 있습니다. 다른 작업 중에서 LINAC 2 선형 가속기 인젝터는 폐기되어 2020 년에 새로운 인젝터 가속기 인 LINAC 4로 대체되었습니다.
폐기 된 가속기
원래 선형 가속기 LINAC 1. 1959 ~ 1992 년에 운영되었습니다.
LINAC 2 선형 가속기 주입기. Proton Synchrotron Booster (PSB)에 주입하기 위해 양성자를 50 MeV로 가속합니다. 1978 ~ 2018 년에 운영되었습니다.
600 MeV Synchro-Cyclotron (SC)은 1957 년에 가동을 시작하여 1991 년에 중단되었습니다. 2012 ~ 2013 년에 공개 전시회로 지정되었습니다.
ISR (Intersecting Storage Rings)은 1966 년부터 1971 년까지 제작되어 1984 년까지 운영 된 초기 충돌기입니다.
1989 년부터 2000 년까지 운영되었으며 동종 최대의 기계였던 LEP (Large Electron–Positron Collider)는 현재 Large Hadron Collider를 수용하는 27km 길이의 원형 터널에 보관되어 있습니다.
두 개의 가속기, LEP Injector Linac (LIL; LIL V 및 LIL W라고하는 두 개의 연속 선형 가속기로 구성됨) 및 Electron이라는 원형 가속기로 구성된 LEP 사전 주입기 (LPI) 가속기 복합체 양전자 어큐뮬레이터 (EPA). 이 가속기의 목적은 양전자 및 전자 빔을 CERN 가속기 복합체 (더 정확하게는 Proton Synchrotron에)에 주입하여 여러 단계의 가속 후 LEP에 전달하는 것입니다. 운영 1987-2001; LEP가 종료되고 LPI가 직접 공급 한 실험이 완료된 후 LPI 시설이 CTF3 (CLIC Test Facility 3)에 사용되도록 조정되었습니다.
1982 년에 의뢰 된 저에너지 반양성자 고리 (LEAR)는 1995 년에 9 개의 반 수소 원자로 구성된 최초의 진정한 반물질을 조립했습니다. 1996 년에 폐쇄되었고 Antiproton Decelerator로 대체되었습니다. LEAR 장치 자체는 LEIR (Low Energy Ion Ring) 이온 부스터로 재구성되었습니다.
CTF3 (Compact Linear Collider Test Facility)는 미래의 일반 전도성 선형 충돌기 프로젝트 (CLIC 충돌기)의 타당성을 연구했습니다. 2001 ~ 2016 년 운영 중. 빔라인 중 하나가 2017 년부터 새로운 CERN CLEAR (Linear Electron Accelerator for Research) 시설로 전환되었습니다.
가능한 미래 가속기
CERN은 전 세계 그룹과 협력하여 미래 가속기에 대한 두 가지 주요 개념을 조사하고 있습니다. 에너지를 증가시키는 새로운 가속 개념 (CLIC)을 가진 선형 전자-양전자 충돌기와 현재 Future Circular Collider라는 프로젝트 인 LHC의 더 큰 버전 .
설치
CERN은 물질의 구조를 연구하기 위해 단일 입자 가속기를 작동하지 않고 다른 기계의 전체 체인 (인젝터라고도 함)을 작동합니다. 연속적으로 통과하는 입자는 점차 가속되어 입자에 더 많은 에너지를 제공합니다. 이 단지에는 현재 여러 선형 및 원형 가속기가 포함되어 있습니다.
과학 단지를 구성하는 건물은 명백한 논리없이 번호가 매겨져 있습니다. 예를 들어, 73 번 건물은 238 번 건물과 119 번 건물 사이에 끼어 있습니다. CERN 내의 다양한 언어와 국적 (80 개 이상)은 영화 L’ Auberge Espagnol의 제작에서 부분적으로 Cédric Klapisch에게 영감을주었습니다.
LHC 주변의 입자 가속기 체인
CERN에서 가장 강력한 설치는 2008 년 9 월 10 일에 시운전 된 LHC (Large Hadron Collider)입니다 (초기 2007 년 11 월에 계획 됨). LHC는 가속기 체인의 맨 끝에 있습니다. 양성자의 가속의 경우 다음과 같은 경로를 취합니다.
이 모든 것은 “듀오 플라스마 트론”이라고하는 양성자의 공급원에서 시작됩니다. 주석 캔 크기의이 기계는 수소를 사용하여 초기 에너지가 100k eV 인 양성자를 생성합니다 (일반 수소의 핵은 단일 양성자로 구성됨). 병에서 나오는이 가스는 제어 된 속도로 소스 챔버에 주입되며, 여기서 이온화되어 각 원자에서 단일 전자를 추출합니다. 생성 된 양성자는 전기장에 의해 다음 단계로 방출됩니다.
Linac-2 선형 양성자 가속기는 1978 년에 시운전되었습니다. (양성자 소스와 함께) 체인의 첫 번째 링크로 구성되어 CERN에서 가장 많이 사용되는 설치입니다. 가용률은 98 ~ 99 %이며 2017 년경 Linac-4로 교체 될 예정입니다. Linac-2는 양성자를 빛의 속도의 1/3로 가속화하여 입자별로 50 MeV의 에너지를 생성합니다.
Linac-2의 출구에서 양성자는 PS- 부스터에 주입됩니다. 원주가 157m 인 작은 싱크로트론으로 양성자 당 에너지를 1.4GeV로 가져와 빛 속도의 91.6 %에 해당합니다. 그런 다음 양성자는 PS에 주입됩니다.
PS 또는 Proton Synchrotron은 둘레가 628 미터이고 입자 빔을 구부리는 데 사용되는 100 개의 쌍극자를 포함하는 277 개의 전자석이 장착되어 있습니다. CERN에서 가장 오래된 장비 중 하나이며 1959 년 11 월에 시운전되었지만 이후 여러 번 수정되었습니다. 이 기계는 현재 양성자뿐만 아니라 이온을 가속화하는 데 사용됩니다. 그의 경력 동안, 그것은 또한 반양성자, 전자 및 양전자 (반 전자)의 촉진제 역할을했습니다. 그것은 양성자의 에너지를 최대 25 GeV까지 증가시켜 빛의 속도의 99.9 %까지 가속시킵니다. 이 단계에서 우리는 상대성 이론에 따르면 극복 할 수없는 한계를 구성하는 빛의 속도에 접근하기 때문에 속도의 증가는 더 이상 중요하지 않습니다. 입자의 에너지 증가는 이제 주로 질량 증가의 결과입니다.
744 개의 쌍극자를 포함한 1,317 개의 전자석이 장착 된 둘레 7km의 Super Proton Synchrotron (SPS). 양성자를 450 GeV로 추진합니다. 그것은 1976 년에 간단한 가속기로 의뢰되었고, 1983 년 Collider proton-antiproton으로 전환되었고, 1989 년부터 LEP로 새로운 주입기 체인이되었고 그 후 그의 대체품 인 LHC가되었습니다. PS와 마찬가지로 SPS는 경력 동안 다양한 입자 (양성자, 반양성자, 다소 무거운 이온, 전자, 양전자)를 가속화했습니다. LHC가 시작된 이후 SPS는 양성자 이온으로 만 작동합니다.
마지막으로 LHC 또는 대형 강 입자 충돌기 (Large Hadron Collider, 프랑스어)는 초전도체를 사용하여 둘레가 26.659km이고 양성자가 7 TeV에 도달 할 수 있습니다 (즉, 입자 당 에너지 수준은 입자 당 에너지 수준이 소스 듀오 플라스마 트론).
ALICE 실험의 일환으로 LHC는 납 이온을 가속화하고 후자의 경우 과정은 약간 다릅니다. 기화 된 후 이온화 된 납에서 “ECR 소스”에 의해 생성 된 납 이온은 Linac-3 선형에서 첫 번째 가속을 거칩니다. 그런 다음 LEIR (Low Energy Ion Ring)을 통과합니다. 그러면 이온이 PS, SPS 및 LHC를 통해 양성자와 동일한 경로를 따르게됩니다 (따라서 ECR 소스, Linac-3 및 LEIR은 각각 듀오 플라스마 트론, Linac-2 및 “부스터”를 대체합니다). 이 이온들이 가속되면서 여러 단계에서 전자가 제거되어 남아있는 모든 것이 각각 574 TeV의 에너지 (즉, 핵당 2, 76 TeV)에 도달 할 수있는 “알몸”원자핵이 될 때까지 제거됩니다.
각 CERN 설치에는 실험에 사용할 수있는 하나 이상의 실험 홀이 있습니다. 이것은 Booster, PS 및 SPS의 가속 된 양성자가 체인의 다음 가속기 또는 실험 영역으로 향할 수있는 방법이며, 가장 자주 고정 된 표적 (빔과 표적 사이의 충돌을 통해 새로운 입자 생성).
CERN의 기타 시설 및 실험
LHC는 현재 가장 크고 가장 널리 알려진 시설이지만 CERN에는 다른 장비 및 연구 작업이 있습니다.
AD, 반양성자 감속기
반양성자 감속기 (en)는 저에너지 반양성자를 생산하기위한 장치입니다. 실제로, 생성되는 동안 (PS에서 나오는 양성자의 충격에 의해, 금속 표적에) 반양성자는 일반적으로 특정 실험 중에 이용 될 수 없을 정도로 속도가 너무 빠르며, 또한 그들의 궤적과 에너지는 서로 다릅니다. 반양성자 감속기는 이러한 입자를 회수하고 제어하며 궁극적으로 광속의 약 10 %로 감속하도록 제작되었습니다. 이를 위해 전자석과 강력한 전기장을 사용합니다. “길 들여진”이 반양성자는 다른 실험에 사용될 수 있습니다.
ACE (Antiproton Cell Experiment) : 시험관 내에서 이러한 입자 빔을 살아있는 세포에 주입하여 암과 싸우는 항 양성자의 효과를 연구하는 실험입니다. 주입 된 반양성자와 원자핵의 양성자 사이의 소멸에 의해 방출 된 에너지는 세포를 파괴합니다. 목표는 항 양성자를 투사하여 암 종양을 파괴 할 수있는 것인데, 이는 건강한 조직에 대한 손상이 적기 때문에 다른 입자 빔 요법보다 더 유리한 방법입니다. 첫 번째 결과는 유망하지만 의료 응용 프로그램은 약 10 년 동안 기대되지 않습니다.
ALPHA 및 ATRAP :이 실험의 목적은 물질과 반물질 간의 특성 차이를 연구하는 것입니다. 이를 위해 반 수소 원자 (반양성자와 양전자로 구성됨)가 생성되고 그 특성이 일반 수소 원자의 특성과 비교됩니다.
아사쿠사 :이 실험은 이전 두 실험과 동일한 목표를 가지고 있지만 방법이 다릅니다. 항 수소 원자를 사용하는 대신 ASACUSA의 물리학 자들은 반양성자 헬륨, 즉 전자 중 하나가 대체 된 헬륨 원자와 같은 훨씬 더 이국적인 구성을 생성 할 것입니다. 반양성자에 의해! (알림 : 반양성자는 전자처럼 음전하를 띤다). 이러한 구성의 장점은 항 수소보다 생산하기 쉽고 수명이 길다는 것입니다.
AEgIS : 반물질에 대한 중력의 영향이 물질에 가해진 것과 동일한 지 여부를 확인하는 것이 주요 목표 인 실험입니다. 반물질의 경우 중력의 효과가 반전 될 가능성을 포함하여 몇 가지 가설이 고려됩니다.
캐스트
C ERN A ction S olar T 망원경 (태양 축 CERN 용 망원경). 태양으로부터의 감각 상실을 감지하는 도구.
액시온은 암흑 물질의 일부로 의심되는 입자이며 물질과 반물질 사이에 관찰 된 작은 차이의 기원을 설명하므로 그 존재를 연구하는 데 관심이 있습니다. CAST의 작동 원리는 입자가 올바른 방향으로 향한 진공관 내에서 이러한 입자의 경로에 강력한 자기장을 배치하는 것입니다. 이는 입자가 통과 할 때 X 선으로 변환하는 효과를 가져야합니다. 이 X- 선 방사선은 액시온 자체보다 더 쉽게 감지 할 수있는 것으로 기록됩니다. 액시온이 존재한다면 우리 별의 중심에있을 가능성이 높기 때문에 CAST는 이동식 플랫폼 덕분에 태양의 방향을 가리키는 망원경입니다.
이 실험은 이미 존재하는 특정 수의 구성 요소를 재사용합니다. LHC의 설계에 사용 된 초전도 쌍극자 자석의 프로토 타입, 대형 전자-양전자 충돌기 (LEP)의 DELPHI 실험에 사용 된 극저온 냉각 장치 ), 그리고 우주 프로그램의 X-ray 포커싱 시스템. 천문학과 입자 물리학의 기술을 결합한 CAST는 가속기에서 생성 된 빔을 사용하지 않는 유일한 실험이지만 CERN에서 습득 한 기술의 이점을 얻습니다.
구름
Cosmics L eaving 또는 tdoor D roplets (외부 방울을 생성하는 우주선)
CLOUD (in)는 우주 광선이 구름 형성에 미칠 수있는 영향을 조사하기 위해 계획되었습니다. 실제로 우주에서 나오는 이러한 하전 입자는 구름 덮개의 두께에 영향을 미치는 새로운 에어로졸을 생성 할 수 있습니다. 위성 측정을 통해 구름의 두께와 우주선의 강도 사이의 상관 관계를 의심 할 수 있습니다. 그러나 구름 량의 몇 퍼센트 차이는 우리 지구의 기후와 열 균형에 확실한 영향을 미칠 수 있습니다.
CLOUD는 아직 프로토 타입 검출기가있는 준비 단계에 있으며 안개 챔버와 대기의 모든 영역의 압력 및 온도 조건을 재구성 할 수있는 “반응 챔버”로 구성되며 입자 흐름을 받게됩니다. 우주 광선을 시뮬레이션하는 PS에 의해 생성됩니다. 여러 장치가 이러한 챔버의 내용을 모니터링하고 분석합니다. 대기 및 기후 연구에 입자 가속기를 사용한 것은 이번이 처음입니다. 이 경험은 “구름과 기후에 대한 우리의 이해를 크게 바꿀 수 있습니다”.
나침반
구조 및 S pectroscopy를위한 CO mmon M uon 및 P roton A pparatus
이 다재다능한 실험은 하드론 (양자와 중성자, 우리가 만든 물질의 구성 요소)의 구조를 탐구하는 것으로 구성되며, 따라서이를 구성하는 글루온과 쿼크 사이의 연결이 일부입니다. 이를 위해 SPS에 의해 가속 된 양성자를 사용합니다. 다양한 목표는 다음과 같습니다.
핵 스핀의 기원, 특히 글루온이하는 역할을 연구합니다. 이를 위해“분극 된 표적”에 투사되는 뮤온 (전자와 비슷하지만 더 무거운 불안정한 입자)이 생성됩니다.
글루온으로 만 구성된 가상 입자 인 글루 볼 감지;
파이온 빔의 생성 및 사용에 의한 다양한 유형의 hadron의 계층 구조 결정.
CTF3
C LIC T는 기능 3. CERN이 CLIC (Compact Linear Collider) 프로젝트의 일부로 LHC 이후에 이미 준비중인 테스트 사이트입니다.
목표는 차세대 가속기 인 CLIC를 개발하는 것인데, 이는 LHC가 만든 발견을 심화시킬 수 있지만 상대적으로 합리적인 비용과 설치 치수를 위해 가능합니다. 목표는 LHC에서 얻은 것과 비슷한 에너지를 달성하는 것이지만 이번에는 전자 / 양전자 충돌 (양성자 / 양성자 충돌 대신)을 통해 새로운 관점을 열어줍니다.
미래 CLIC의 작동 원리는 2 빔 시스템을 기반으로하며, 이는 이전 가속기보다 더 높은 가속 장을 생성 할 수 있도록합니다. 즉, 100 ~ 150MV / m 정도입니다. 메인 빔은 고주파 전력에 의해 가속 될 것이며, 이는 낮은 에너지에서 높은 강도로 평행 한 전자 빔에 의해 생성 될 것입니다. 메인 빔의 가속에 사용되는 에너지를 공급하는 것은이 “드라이브 빔”의 감속입니다. 우리는이 원리를 낮은 전압 전류에서 고전압 전류를 생성하는 전기 변압기의 원리와 비교할 수 있지만 강도는 떨어집니다.
DIRAC
DI meson R elativistic A tomic C omplex (디 메손의 상대 론적 원자 복합체). 이 실험은 쿼크를 결합하여 하드론을 구성하는 강력한 상호 작용을 더 잘 이해하는 것을 목표로합니다. 보다 정확하게는 “큰”거리와 낮은 에너지에서이 힘의 동작을 테스트하는 문제입니다.
이를 위해 DIRAC는 pionic 원자 (또는 pionium, 즉 양과 음의 pion의 불안정한 집합체) 또는 “”원자 (각각 pion과 반대 전하의 kaon으로 구성되며 불안정 함)의 붕괴를 연구합니다. . PS의 양성자 빔 덕분에 생산 된 이러한 이국적인 어셈블리의 수명은 “이전에 도달 한 적이없는 정밀도 수준으로 측정”되었습니다.
ISOLDE
I sotope S eparator O n L ine OF tector (온라인 동위 원소 분리기 (in))
“연금 공장”이라고 불리는 ISOLDE는 많은 수의 불안정한 동위 원소를 생산하고 연구 할 수있는 시설로, 그중 일부는 반감기가 몇 밀리 초에 불과합니다. 이러한 동위 원소는 PS 인젝터에서 나오는 양성자가 다양한 조성 (헬륨에서 라듐까지)의 표적에 미치는 영향에 의해 생성됩니다. 그것들은 질량으로 분리 된 다음 가속되어 연구 될 수 있습니다. 이러한 실험의 대부분은“미니 볼”이라고하는 감마선 검출기를 사용합니다.
따라서 ISOLDE는 기본적으로 원자핵의 구조를 탐구하지만 생물학, 천체 물리학 및 기타 물리학 분야 (원자, 고체 상태, 기본 물리학)에서 다른 목표를 가지고 있습니다.
ISOLDE 팀은 1989 년부터 알려진 팔라듐 전극을 사용한 전기 분해 실험에서 비정상적인 열 효과 (AHE)를 관찰하고 세미나 중에이를 노출했습니다.
n_TOF
“중성자 공장”. PS의 양성자를 사용하여이 장비는 고강도 플럭스와 광범위한 에너지를 가진 중성자를 생성하도록 설계되었습니다. 소위 “중성자 비행 시간”설치를 통해 이러한 입자가 관련된 공정을 정밀하게 연구 할 수 있습니다. 얻은 결과는 중성자 플럭스가 역할을하는 다양한 연구 프로젝트에 관심이 있습니다 : 핵 천체 물리학 (특히 항성 진화 및 초신성 관련); 방사성 폐기물의 파괴; 또는 입자 빔에 의한 종양 치료.
가속기 해체
출범 이후 CERN은 여러 가속기를 사용했으며, 그중 일부는 현재 연구에 더 효율적이거나 더 적합한 다른 것을 수용하기 위해 해체되었습니다. 이러한 가속기는 다음과 같습니다.
CERN의 첫 번째 선형 가속기 인 Linac1은 1959 년에 시운전되어 1993 년에 Linac3로 대체되었습니다.
600 MeV 싱크로 사이클로트론 (SC), 1957 년부터 1991 년까지 사용되었습니다. 이것은 두 개의 코일로 구성된 직경 7.2m, 무게 60 톤의 전자석을 가지고있었습니다.
“전자 저장 및 축적 링”인 CESAR는 1963 년에 완공되어 1968 년에 해체되었습니다. CESAR의 시운전은 어려웠지만 미래의 CERN 충돌기 개발을위한 유용한 노하우를 얻을 수있었습니다.
Intersecting Storage Rings (ISR)는 1966 년부터 1971 년까지 제작되어 1984 년까지 사용되었습니다. 최초의 양성자 충돌기였으며, 이는 또한 초전도 자석을 사용한 최초의 입자 가속기 (1980 년 11 월부터)였으며, 이후 처음으로 충돌을 일으켰습니다. 양성자와 반양성자 사이 (1981 년 4 월);
LHC로 대체 될 1989 년부터 2000 년까지 사용되는 LEP (Large Electron Positron). LEP는 당시 CERN에서 가장 큰 가속기였으며 전자와 양전자를 충돌 시켰습니다.
1982 년에 의뢰 된 저에너지 반양성자 고리 (LEAR)는 1995 년에 반물질의 첫 원자를 조립할 수있게했습니다. 1996 년에 폐쇄되어 LHC에 공급하기위한 LEIR (저에너지 이온 고리)로 변환되었습니다. 무거운 이온.
해체 된 실험
CNGS
C ern N eutrinos to G ran S asso (CERN에서 Gran Sasso 로의 뉴트리노).
이 설비는 732km 떨어진 이탈리아에 위치한 실험실로 향하는 중성미자 빔을 생성하는 것으로 구성됩니다. 이를 위해 SPS에 의해 가속 된 양성자는 흑연 타겟으로 보내집니다. 그 결과로 발생하는 충돌은 pions 및 kaon이라고하는 불안정한 입자를 생성하며, 이는 자기 장치에 의해 킬로미터 길이의 진공 터널에 집중되어 붕괴됩니다. 이러한 붕괴는 차례로 뮤온과 무엇보다도 중성미자를 생성했습니다. 방패와 터널 끝 너머의 암석은 중성미자를 제외한 모든 입자 (무온, 부패되지 않은 파이온과 카온 또는 표적을 통과 한 양성자)를 흡수하므로 경로를 계속할 유일한 것입니다. 어셈블리는 결과 중성미자 빔이 Gran Sasso에 위치한 이탈리아 실험실로 향하는 방식으로 지향됩니다.
이 모든 것의 목적은 중성미자의 진동 현상을 연구하는 것입니다. : 실제로 중성미자에는 세 가지 유형 (향미라고 함)이 있으며, 이제 이러한 입자가이 세 가지 풍미 사이에서 “진동”하여 하나에서 다른. CNGS는 생성 된 중성미자가 오로지 뮤 오닉 맛이지만 그란 사소 수준에서 지구 내부 732km를 여행 한 후 일부는 다른 것으로 변형되기 때문에 이러한 진동에 대한 연구를 허용합니다. 기록 할 수 있습니다. 최초의 중성미자 빔은 2006 년 여름에 방출되었습니다. 중성미자의 낮은 상호 작용과 진동의 부족을 감안할 때 수년간의 실험과 데이터 수집이 필요할 것입니다. 2010 년 5 월에는 CNGS에 의해 생성 된 중성미자 중 하나의 진동에 해당하는 첫 번째 사건이 관찰되었습니다. 이 시설은 6 년의 서비스 끝에 2012 년 12 월에 폐쇄되었습니다. CNGS에 사용되는 CERN 터널은 이제 SPS에서 양성자와 함께 제공되는 AWAKE 실험 (Advanced WAKefield Experiment)을 호스팅하는 데 사용되며 2016 년 말부터 작동을 시작할 예정입니다.
CERN의 환경 보호
CERN의 환경 모니터링은 한편으로는 HSE 부서 (건강 및 안전 및 환경 보호)에 의해 수행되고 다른 한편으로는 연방 공중 보건국 (스위스)과 ‘방사선 보호 연구소 및 원자력 안전 (프랑스). FOPH는 대형 강 입자 충돌기가 작동하기 전에 CERN 주변의 방사선 상황에 대한 기준점을 얻는 것을 목표로하는 CERN 영점 모니터링 프로그램을 시작했습니다.