10 сентября 2008 года состоялось первого испытание Большого адронного коллайдера (БАК), являющегося самым мощным в мире ускорителем заряженных частиц. На его строительство ушло 10 лет. БАК был построен Европейской организацией по ядерным исследованиям (CERN). Вскоре БАК был остановлен на несколько месяцев из-за аварии.
Адронным коллайдер называется потому, что в его детекторах осуществляются столкновения адронов (класс элементарных частиц, состоящих из кварков).
Проект БАК является международной программой, в которой участвовали около 100 тыс. человек из 44 стран мира, в том числе из России. Между прочим, сумма, затраченная на строительство БАК, составила примерно 7,5 млрд. евро, сделав его самым дорогим научным сооружением.
БАК расположен в подземном кольцевом тоннеле, длина окружности которого составляет 26 659 м. Тоннель расположен неподалеку от Женевы, на границе Швейцарии и Франции на глубине 100–175 м. Раньше нам находился Большой электрон-позитронный коллайдер (LEP), построенный CERN в 1989 году. LEP был способен разгонять пучки частиц до энергий в 209 гигаэлектронвольт (ГэВ). В 1990-х важной задачей физики была проверка Стандартной модели элементарных частиц, важным доказательством которой было существования бозона, выведенное в 1963 году группой ученых, возглавляемой Питером Хиггсом. Благодаря бозону Хиггса, согласно Стандартной модели, создается вся масса Вселенной. Создаваемой с помощью LEP мощности не хватало для обнаружения данной частицы, из-за чего в декабре 1994 года CERN приняло решение строить в тех же тоннелях БАК с мощностью пучка протонов в 4 тераэлектронвольта (ТэВ).
В 2010 году мощность пучков в БАК была доведена до 3,5 ТэВ. Это считается официальным началом исследовательской программы. 4 июля 2012 года в CERN объявили, что в результате экспериментов на БАК был обнаружен еще неизвестный вид частиц, согласно теориям, являющийся бозоном Хиггса, что вскоре было доказано.
14 февраля 2013 года работа БАК была остановлена для модернизации, завершившейся в 2015 году. После неё мощность пучка возросла до 13 ТэВ. В декабре 2018 года эксперименты на коллайдере были приостановлены ради очередной модернизации, по завершению которой в апреле 2023 года мощность пучка достигла 13,6 ТэВ.
Частицы в БАК попадают из каскада дополнительных ускорителей, цель которых – разогнать протоны до 0,45 ТэВ. Сам коллайдер представляет из себя две трубы, параллельно идущие на протяжение практически всей длины кольцевого тоннеля и пересекающиеся лишь там, где расположены детекторы столкновений, в которых частицы, разогнанные благодаря сверхпроводящим магнитам, сталкиваются на скорости 99,9999991% от скорости света, то есть 299 792 458 м в секунду. Всего в устройстве коллайдера 7 детекторов столкновений частиц, среди них ATLAS, предназначенный для поиска сверхтяжелых элементарных частиц. В длину детекторы достигают 46 м, а их диаметр составляет 26 м, весят они примерно по 8 тыс. тонн.
Бозон Хиггса, существование которого, как и написано выше, отвечает за наличие массы у всего вокруг. Его же, а точнее поле его движения, считают возможной причиной практически полного отсутствия антиматерии и преобладания обычной материи. Российский физик Александр Кусенко и его коллеги считают, что они смогли дать ответ на эту вселенскую загадку в данных, полученных с помощью БАК во время первого этапа его работы, когда и обнаружили бозон.
Известно, что кварк является самой маленькой частицей материи. Самым тяжелым среди таковых является топ-кварк, свойства которого также изучались с помощью БАК. 14 июля 2015 года список открытых с помощью коллайдера частиц пополнил пентакварк, изучение свойств которого позволит учёным лучше понять устройство обычной материи. Само существование пентакварка было выведено российскими учеными Дмитрием Дьяконовым, Виктором Петровым и Максимом Поляковым за целых 20 лет до обнаружения. Особенностью данной частицы является то, что она способна существовать всего лишь около 10⁻²⁰ секунд.