Επιταχυντές σωματιδίων

    Το CERN λειτουργεί ένα δίκτυο επτά επιταχυντών και δύο επιταχυντών, καθώς και ορισμένων πρόσθετων μικρών επιταχυντών. Κάθε μηχανή στην αλυσίδα αυξάνει την ενέργεια των δεσμών σωματιδίων πριν τα παραδώσει σε πειράματα ή στον επόμενο πιο ισχυρό επιταχυντή (οι επιβραδυντές φυσικά μειώνουν την ενέργεια των δεσμών σωματιδίων πριν τα παραδώσουν σε πειράματα ή σε περαιτέρω επιταχυντές/επιβραδυντές). Για να μπορέσει ένα πείραμα να χρησιμοποιήσει το δίκτυο των επιταχυντών, πρέπει να εγκριθεί από τις διάφορες Επιστημονικές Επιτροπές του CERN. Επί του παρόντος (από το 2022) οι ενεργές μηχανές είναι ο επιταχυντής LHC και:

•     Ο γραμμικός επιταχυντής LINAC 3 που παράγει σωματίδια χαμηλής ενέργειας. Παρέχει βαρέα ιόντα στα 4,2 MeV/ u για έγχυση στον δακτύλιο ιόντων χαμηλής ενέργειας (LEIR).
• Ο δακτύλιος ιόντων χαμηλής ενέργειας (LEIR) επιταχύνει τα ιόντα από τον γραμμικό επιταχυντή ιόντων LINAC 3, πριν τα μεταφέρει στο σύγχροτρο πρωτονίων (PS). Αυτός ο επιταχυντής τέθηκε σε λειτουργία το 2005, αφού είχε αναδιαμορφωθεί από τον προηγούμενο δακτύλιο αντιπρωτονίων χαμηλής ενέργειας (LEAR). 
• Ο γραμμικός επιταχυντής Linac4 επιταχύνει αρνητικά ιόντα υδρογόνου σε ενέργεια 160 MeV. Στη συνέχεια, τα ιόντα εγχέονται στον Ενισχυτή Συγχρονών Πρωτονίων (PSB), όπου και τα δύο ηλεκτρόνια αφαιρούνται από καθένα από τα ιόντα υδρογόνου και έτσι παραμένει μόνο ο πυρήνας που περιέχει ένα πρωτόνιο. Τα πρωτόνια χρησιμοποιούνται στη συνέχεια σε πειράματα ή επιταχύνονται περαιτέρω σε άλλους επιταχυντές του CERN. Το Linac4 χρησιμεύει ως πηγή όλων των δεσμών πρωτονίων για τα πειράματα του CERN.
• Το Proton Synchrotron Booster αυξάνει την ενέργεια των σωματιδίων που παράγονται από τον γραμμικό επιταχυντή πρωτονίων πριν μεταφερθούν στους άλλους επιταχυντές. Το 28 GeV Proton Synchrotron (PS), που κατασκευάστηκε κατά την περίοδο 1954–1959 και εξακολουθεί να λειτουργεί ως τροφοδότης στο πιο ισχυρό SPS και σε πολλά από τα πειράματα του CERN.

• Το Super Proton Synchrotron (SPS), ένας κυκλικός επιταχυντής με διάμετρο 2 χιλιομέτρων χτισμένος σε σήραγγα, που ξεκίνησε να λειτουργεί το 1976. Σχεδιάστηκε για να αποδίδει ενέργεια 300 GeV και σταδιακά αναβαθμίστηκε στα 450 GeV. Εκτός από τις δικές του γραμμές δέσμης για πειράματα σταθερού στόχου (επί του παρόντος COMPASS και NA62 ), έχει λειτουργήσει ως επιταχυντής πρωτονίων – αντιπρωτονίων (ο επιταχυντής Sp p S) και για την επιτάχυνση ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων υψηλής ενέργειας που εγχύθηκαν στο Μεγάλος Επιταχυντής Ηλεκτρονίων-Ποζιτρονίων (LEP). Από το 2008, έχει χρησιμοποιηθεί για την έγχυση πρωτονίων και βαρέων ιόντων στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων.

• Ο Διαχωριστής Μάζας Ισοτόπων On-Line (ISOLDE), ο οποίος χρησιμοποιείται για τη μελέτη ασταθών πυρήνων . Τα ραδιενεργά ιόντα παράγονται από την πρόσκρουση πρωτονίων σε ενέργεια 1,0–1,4 GeV από τον ενισχυτή συγχρονών πρωτονίων. Αρχικά τέθηκε σε λειτουργία το 1967 και ξαναχτίστηκε με σημαντικές αναβαθμίσεις το 1974 και το 1992
• Ο επιβραδυντής αντιπρωτονίων (AD), ο οποίος μειώνει την ταχύτητα των αντιπρωτονίων στο 10% περίπου της ταχύτητας του φωτός για την έρευνα της αντιύλης. Το μηχάνημα AD αναδιαμορφώθηκε από το προηγούμενο μηχάνημα Συλλέκτη Αντιπρωτονίων (AC).

• Ο εξαιρετικά χαμηλής ενέργειας αντιπρωτονιακός δακτύλιος (ELENA), ο οποίος παίρνει αντιπρωτόνια από το AD και τα επιβραδύνει σε χαμηλές ενέργειες (ταχύτητες) για χρήση σε πειράματα κατά της ύλης.

Το πείραμα AWAKE , το οποίο είναι ένας επιταχυντής wakefield πλάσματος με απόδειξη της αρχής. Η μονάδα έρευνας και ανάπτυξης επιταχυντή CERN Linear Electron Accelerator for Research (CLEAR).

Ερευνητικό εργαστήριο υποβάλλει σχέδια για μοντέλο επόμενης γενιάς τουλάχιστον τριπλάσιου μεγέθους του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων.

Αξιωματούχοι στο Cern, όπου βρίσκεται ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων κοντά στη Γενεύη, συνεχίζουν τα σχέδια για μια νέα μηχανή που θα είναι τουλάχιστον τρεις φορές μεγαλύτερη από τον υπάρχοντα επιταχυντή σωματιδίων. Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων, χτισμένος μέσα σε μια κυκλική σήραγγα 27 χιλιομέτρων κάτω από την ελβετική-γαλλική ύπαιθρο, συνθλίβει πρωτόνια και άλλα υποατομικά σωματίδια με ταχύτητα κοντά στην ταχύτητα του φωτός για να αναδημιουργήσει τις συνθήκες που υπήρχαν κλάσματα του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.

Η μηχανή, ο μεγαλύτερος επιταχυντής στον κόσμο, χρησιμοποιήθηκε στην ανακάλυψη του μποζονίου Higgs το 2012, σχεδόν 50 χρόνια μετά την πρόταση του σωματιδίου από τον Peter Higgs, τον θεωρητικό φυσικό στο Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου, και αρκετούς άλλους ερευνητές. Το κατόρθωμα τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ φυσικής την επόμενη χρονιά.

Το Cern εκπόνησε σχέδια για το επόμενο μηχάνημα , το Future Circular Collider (FCC), το 2019. Το μηχάνημα των 20 δισεκατομμυρίων ευρώ (17 δισεκατομμύρια λίρες) θα έχει περιφέρεια 91 χιλιομέτρων και θα έχει ως στόχο να συνθλίψει τα υποατομικά σωματίδια μαζί με μέγιστη ενέργεια 100 τεραηλεκτρονβολτ (TeV) . Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων επιτυγχάνει μέγιστες ενέργειες 14TeV.

Ωστόσο, η πρόταση έχει τους επικριτές της. Ο Σερ Ντέιβιντ Κινγκ, πρώην επικεφαλής επιστημονικός σύμβουλος της κυβέρνησης του Ηνωμένου Βασιλείου, είπε στο BBC ότι η δαπάνη δισεκατομμυρίων για το μηχάνημα θα ήταν « αλόγιστη » όταν ο κόσμος αντιμετώπιζε τόσο σοβαρές απειλές από την κλιματική κρίση.

Ο καθηγητής Fabiola Gianotti, γενικός διευθυντής του Cern, δήλωσε: «Εάν εγκριθεί, το FCC θα ήταν το πιο ισχυρό μικροσκόπιο που κατασκευάστηκε ποτέ για τη μελέτη των νόμων της φύσης στη μικρότερη κλίμακα και τις υψηλότερες ενέργειες, με στόχο την αντιμετώπιση ορισμένων από τα εκκρεμή ερωτήματα. στη σημερινή θεμελιώδη φυσική και στην κατανόησή μας για το σύμπαν»

Η Tara Shears, μέλος του πειράματος LHCb στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων και καθηγήτρια Φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Λίβερπουλ, είπε: «Η επιστημονική υπόθεση είναι πραγματικά συναρπαστική. Αυτή τη στιγμή εκτελούμε μια μελέτη για να δούμε αν το μηχάνημα είναι εφικτό. Αυτό θα πρέπει να ολοκληρωθεί το 2025, με μια απόφαση για τον καλύτερο τρόπο να προχωρήσουμε μέχρι το 2028.

«Είναι μια μηχανή επόμενης γενιάς: μεγαλύτερη, ταχύτερη, ισχυρότερη, με την ικανότητα να αποκαλύπτει τόσες περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τις λεπτές λεπτομέρειες του σύμπαντος. Θα αποκαλύψει χαρακτηριστικά του πεδίου Higgs και Higgs που απλά δεν μπορούν να μελετηθούν στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων, και ας αναζητήσουμε τη σκοτεινή ύλη και θα δοκιμάσουμε νέες ιδέες φυσικής σε νέα καθεστώτα».