מאיץ החלקיקים הגדול בעולם

ב-10 בספטמבר 2008, נחנך במרכז סרן שבשוויץ מאיץ החלקיקים הגדול בעולם, Large Hadron Collider) LHC). ד"ר אולגה גירשביץ מהמכון לננוטכנולוגיה וחומרים מתקדמים באוניברסיטת בר-אילן מסבירה לְמה נועדו מאיצי החלקיקים וכיצד הם פועלים.

הבנתנו את היקום אינה שלמה. המודל הסטנדרטי של חלקיקים וכוחות, המתבסס על הידע הנוכחי שלנו בפיזיקת החלקיקים, מותיר שאלות רבות, למשל לגבי קיומו של "החלקיק האלוהי" (חלקיק היגס) המקנה לחלקיקים האלמנטריים את המסות שלהם, או אילו חלקיקים ראשונים נוצרו במפץ הגדול.

מאיצי החלקיקים פותחו כבר לפני כ-100 שנים והתמקמו במהרה בחזית המחקר של הפיזיקה הגרעינית והכימיה. למכונות אלה יש את הכוח להאיץ חלקיקים בטווח עצום של אנרגיות, מאלקטרו-וולטים (eV) בודדים ועד טריליון אלקטרו-וולט, והם יכולים לזרז כל חלקיק בעל מטען חשמלי כזה או אחר, שישמש לייצור קרני רנטגן, נויטרונים ורדיו-איזוטופים. החלקיקים המואצים יכולים להתנגש במטרה נייחת או בחלקיקים נעים אחרים. עיבוד המידע של תוצרי ההתנגשות מאפשר לפענח ולהבין את תכונותיהם של החלקיקים המרכיבים את החומר ביקום ואת הכוחות המועברים ביניהם.

המאיץ LHC זכה לתהילה בעיקר בגלל גילוי "החלקיק האלוהי", והמדענים היגס ואנגלר, שניבאו את קיומו, זכו בפרס נובל. היקף טבעת ההאצה הגדולה ביותר ב-LHC הוא כ-27 ק''מ וצריכת החשמל שלו כה גדולה עד כי הפעלתו מוגבלת לחודשי הקיץ

מתחם ההאצה בסרן הוא רצף של מאיצים עם אנרגיות גבוהות, ההולכות ועולות. כל מכונה מזריקה אלומת חלקיקים למאיץ הבא בתור, שמביא את האלומה לאנרגיה גבוהה עוד יותר וכן הלאה. צפיפות האנרגיה והטמפרטורה המיוצרות בהתנגשויות ב-LHC דומות לאלה שהתקיימו כמה רגעים אחרי המפץ הגדול.

מדענים רבים בעולם משתתפים במחקרים המתחקים אחרי תופעות שונות שיכלו להיווצר אחרי המפץ הגדול, "המשוחזרות" על ידי התנגשויות של אלומות של חלקיקים טעונים. באמצעות מאיצים התגלו יסודות כמו קליפורניום ומנדלביום, וחלקיקים תת-אטומיים שונים.

כיום יש בעולם יותר מ-30,000 מאיצים - ליניאריים, מעגליים, קטנים מספיק כדי לשבת על שולחן או באורך עשרות קילומטרים, כאלה המופעלים במצב רציף או בפולסים. כ-99% מהמאיצים משמשים ליישומים תעשייתיים ורפואיים בלבד והיתר משמשים למחקר בסיסי במדע וטכנולוגיה. גם במכון לננוטכנולוגיה וחומרים מתקדמים באוניברסיטת בר-אילן יש מאיץ חלקיקים המשמש לאנליזה של חומרים, לזיהוי זיהומים ברמת חלקיק אחד למיליון, ולמחקרים רפואיים.