מאיצי חלקיקים.

שלב 1 מתוך 6

לדחוף ולכופף

מאיץ מתנגש עושה שני דברים שונים לאלומה של פרוטונים: הוא מוסיף לה אנרגיה, והוא מחזיק אותה על מעגל כדי שתחזור שוב ושוב לאותו מקום. ביחידה על מגנטיות ראינו שכוח מגנטי על מטען נע ניצב לתנועה שלו. בסצנה, טבעת של מגנטים על מפה, והקריאות שליד הסצנה מראות את גודל הטבעת, את מהירות הפרוטונים ואת מספר ההקפות שלהם.

שלב 2 מתוך 6

רדיוס הכפיפה

הכוח המגנטי $qvB$⁠ מספק את הכוח הצנטריפטלי שמחזיק את הפרוטון על מעגל ברדיוס $\rho$⁠. מכאן נובע קשר פשוט בין התנע $p$⁠, השדה $B$⁠ ורדיוס הכפיפה:

$p = qB\rho$⁠

לפרוטון שנע כמעט במהירות האור התנע פרופורציוני לאנרגיה, וזה נותן כלל נוח: האנרגיה ב־TeV שווה בערך ל־$0.3 \cdot B \cdot \rho$⁠, כש־$B$⁠ בטסלה ו־$\rho$⁠ בקילומטרים. שתי הבקרות נעולות.

שלב 3 מתוך 6

יותר אנרגיה

התגליות הגדולות של פיזיקת החלקיקים הגיעו ממכונות עם אנרגיה גבוהה יותר. עוצמת המגנטים נעולה, ואנרגיית האלומה פתוחה.

שלב 4 מתוך 6

מגנטים או מנהרה

אלקטרומגנטים עם ליבת ברזל מפסיקים להתחזק סביב 2 T. מעבר לזה צריך סלילים מוליכי־על, שמעבירים זרם עצום בלי התנגדות, אבל רק כשהם מקוררים בהליום נוזלי. אנרגיית האלומה נעולה, ועוצמת המגנטים על מגנט ברזל.

שלב 5 מתוך 6

כמעט מהירות האור

לפי תורת היחסות, אנרגיית פרוטון היא $E = \gamma mc^2$⁠, כאשר $mc^2 \approx 0.94\ \mathrm{GeV}$$mc^2 \approx$$0.94\ \mathrm{GeV}$⁠ היא אנרגיית המנוחה שלו ו־$\gamma = \dfrac{1}{\sqrt{1 - v^2/c^2}}$$\gamma =$$\dfrac{1}{\sqrt{1 - v^2/c^2}}$⁠. כש־$\gamma$⁠ גדול, $v$⁠ קרוב מאוד ל־$c$⁠, והפער ביניהם בערך $\dfrac{c}{2\gamma^2}$⁠. אנרגיית האלומה על LHC בהזרקה.

שלב 6 מתוך 6

מה הגלאי רואה

גלאי עוטף את נקודת ההתנגשות בשכבות, וכל שכבה תופסת סוג אחר של חלקיק: גלאי העקבות מסיליקון רושם עקבות של חלקיקים טעונים, קלורימטר הגבישים עוצר פוטונים ואלקטרונים, קלורימטר הפליז עוצר הדרונים, ומיואונים עוברים הכול עד הברזל. בחרו אירוע בההתנגשות יוצרת, וגררו את התקרבות להתנגשות אל החלקיקים שנרשמו.