نگاهي به ساختار دروني lhc

[*میترا*]

هيولا چنبره زده است
سال گذشته تعداد زيادي از مردم اروپا بارها نگراني شان را نسبت به آغاز به کار يکي از پيشرفته ترين آزمايشگاه هاي فيزيک جهان ابراز کردند و حتي تعدادي از آنها به دادگاه حقوق بشر اروپا شکايت کردند و خواستار تعطيلي اين آزمايشگاه مجهز (که به گفته بسياري بزرگ ترين و پرهزينه ترين آزمايشگاه تاريخ است) شدند. موضوع از اين قرار بود که فيزيکدانان مي خواستند پرتوهايي از جنس پروتون را به سرعت بسيار نزديک به سرعت نور برسانند و سپس به هم بکوبند تا به گفته آنان سياهچاله هايي ايجاد شود که با بررسي خواص آن بتوان به ماهيت ماده و انرژي و همچنين چگونگي آغاز جهان پي برد. موضوع هايي همانند «سرعت نور»، «سياهچاله» و حتي نام پرابهت اين آزمايشگاه يعني «برخورددهنده بزرگ هادروني» بسياري را وحشت زده کرد. به گمان بسياري اين سياهچاله ها مي توانند پس از توليد کل کره زمين ما را در کام خود ببلعند. توضيح فيزيکدانان در اين مورد که اين سياهچاله ها، سياهچاله هاي مخوف و وحشت انگيز فضايي نيستند و در صورت توليد هم اندازه هسته يک اتم و بلکه کوچک تر هستند و يک ميلياردم ثانيه پس از تشکيل نابود مي شوند نيز نتوانست نگراني هاي بسياري از مردم را رفع کند، تا آنکه روز چهارشنبه 20 شهريور سال 87 اين آزمايشگاه کارش را به طور رسمي و طي تشريفاتي بسيار آغاز کرد. جالب آنکه اين آزمايشگاه پس از آغاز به کار نه تنها باعث نابودي جهان نشد، بلکه خودش به خاطر بروز يک نقص فني عمده و 9 روز پس از شروع، از کار افتاد. طبيعي است براي آزمايشگاهي که 20 سال وقت صرف طراحي و ساختش کرده اند ،چند ماهي را نيز صرف تعمير آن کنند. اگر همه چيز طبق برنامه پيش برود، اين آزمايشگاه کارش را در بهار يا تابستان سال آينده دوباره آغاز مي کند. از طرف ديگر از آنجا که اين طرح پژوهشي، بزرگ ترين طرح بين المللي است که ايران نيز در آن مشارکت دارد و تعدادي از فيزيکدانان ايراني در اين طرح همکاري دارند و چند دانشجو از دانشگاه هاي ايران به سرن (پژوهشگاه هسته يي اروپا) اعزام شده اند تا دوره دکترا را در آنجا بگذرانند، خبرهاي مربوط به اين آزمايشگاه بارها در رسانه هاي ايراني بازتاب يافته است. دانشمندان ايران بر اين باورند که مي توان طي همکاري با سرن هزينه هاي کمي صرف کرد ولي به دستاوردهاي علمي و فناوري بسياري رسيد. به باور آنان مشارکت در يک پروژه علمي بين المللي همانند LHC، دستاوردهاي علمي بسياري را در حوزه فيزيک ذرات بنيادي نصيب ايران خواهد ساخت. ايران اميدوار است با کسب تجربه در اين مشارکت بين المللي، سال هاي آينده بتواند يک شتاب دهنده ذره بسازد. به همين مناسبت نگاهي داريم به ساختار LHC و روش انجام آزمايش و دستاوردهاي احتمالي اين آزمايشگاه.



برخورددهنده بزرگ هادرون (LHC) سازمان پژوهش هاي هسته يي اروپا (CERN) يک ابزار علمي بسيار بزرگ است که در مرز سوئيس و فرانسه در نزديکي ژنو قرار دارد. LHC بزرگ ترين و قوي ترين شتاب دهنده ذره در جهان است و حدود 10 هزار فيزيکدان از 80 کشور جهان در آن مشغول پژوهش درباره ذرات ماده هستند تا از زنجيره رويدادهايي باخبر شوند که جهان ما را طي کسري از ثانيه پس از انفجار بزرگ شکل داد. اين پژوهش ها مي تواند مشکل گشاي معماهاي بسيار گوناگوني باشد، از خواص کوچک ترين ذره هاي ماده گرفته تا بزرگ ترين ساختارهاي موجود در پهنه کيهان.

طراحي و ساخت LHC حدود 20 سال به درازا کشيد و حدود 6/3 ميليارد يورو هزينه صرف آن شده است. ابزارهاي اين آزمايشگاه در تونلي به قطر 8/3 متر و طول 27 کيلومتر، در عمق صد متري سطح زمين قرار دارد. در اين عمق، لايه هاي خاک به لحاظ زمين شناختي پايدار است و لايه هاي خاک از نفوذ پرتوها به سطح زمين جلوگيري مي کند. از اين تونل که در سال 1989 ساخته شده است، تا سال 2000 در برخورددهنده بزرگ الکترون - پوزيترون (LHC) استفاده مي شد. اين شتاب دهنده الکترون ها را با ضدذره آنها يعني پوزيترون برخورد مي داد و خواص ذره هاي حاصل از اين برخوردها و برهمکنش هاي بين آنها را با دقت زياد بررسي مي کرد.براي دسترسي به اين تونل هشت آسانسور تعبيه شده است. هر چند آسانسورها براي رسيدن از سطح به تونل در بين راه توقفي ندارند، با اين همه طي کردن مسير بيش از يک دقيقه طول مي کشد. کارمندان بخش نگهداري و ايمني براي رفت و آمد در فاصله چند کيلومتري اين هشت ايستگاه از دوچرخه استفاده مي کنند. بهره برداري از LHC خودکار است و مهندسان در مرکز مديريت بر کار آن نظارت دارند، بنابراين وقتي اين آزمايشگاه کارش را آغاز کند، مهندسان فقط براي تعميرات به درون تونل مي روند.در برخوردهاي شديدي که در اين آزمايشگاه روي مي دهد، مطابق رابطه E=mc2 اينشتين، انرژي جنبشي بسيار زياد ذره هاي برخوردکننده به ماده تبديل مي شود و تمام ذره هاي توليدشده در اين برخورد به وسيله آشکارسازها، ثبت و اندازه گيري مي شود. اين آزمايش سال ها به درازا مي کشد و در تمام اين سال ها در هر ثانيه 600 ميليون بار تکرار مي شود. LHC در بيشتر موارد برخورد پروتون - پروتون انجام مي دهد که سه تا از چهار آشکارساز آن (LHCB،CMCو ATLAS) به بررسي اين آزمايش مي پردازد. اما چند هفته در سال هم يون هاي سنگين (هسته سرب) شتاب مي گيرد و با هم برخورد مي کند و نتيجه آن به وسيله آشکارساز اختصاصي ALICE بررسي مي شود. LHC هم مثل هر شتاب دهنده ذره ديگر، سه بخش اصلي دارد؛ لوله هاي پرتو، ابزارهاي مولد شتاب و سامانه مغناطيسي. درون دو لوله پرتو (که هر کدام 3/6 سانتي متر قطر دارند) پروتون ها يا يون هاي سنگين در خلاف جهت هم حرکت مي کنند. (پرتو يک لوله در يک جهت و پرتو لوله ديگر در جهت مخالف حرکت مي کند.) درون اين لوله ها خلأ و فشار آن بسيار کم و در حدود 13-10 بار است که هم اندازه فشار در فضاي بين ستاره يي است. فشار درون لوله ها بايد کم باشد تا از برخورد پرتوها با ذره هاي گاز و کاهش شتاب ذره ها جلوگيري شود.پروتون هاي لازم براي تهيه اين پرتوها را از يک منبع گاز هيدروژن فراهم مي کنند. اتم هيدروژن يک پروتون و يک الکترون دارد. دانشمندان با استفاده از تخليه الکتريکي، الکترون هيدروژن را خارج و سپس پروتون هاي حاصل را به وسيله ميدان هاي الکتريکي و مغناطيسي به سمت شتاب دهنده هدايت مي کنند. در LHC به حدود 300 تريليون پروتون نياز داريم، اما از آنجا که هر سانتي متر مکعب هيدروژن در دماي اتاق حاوي حدود 600 ميليون تريليون پروتون است، با يک سانتي متر مکعب گاز هيدروژن مي توان LHC را 200 هزار مرتبه پر کرد، البته دو مرتبه شارژ LHC گاز هيدروژن در روز کافي است. بخش سوم هر شتاب دهنده، ابزارهاي مولد شتاب است. پيش از آنکه پروتون ها (يا يون هاي سنگين) به درون دو لوله پرتو LHC وارد شوند، شتاب دهنده هاي جانبي کوچک تري (که به LHC وصل است) تا حدود شش درصد انرژي نهايي شان شتاب مي گيرند. وقتي پرتوها به LHC رسيدند، در هشت دستگاه مولد شتاب به انرژي نهايي مي رسند. هر مرتبه که ذره ها از اين دستگاه هاي مولد شتاب مي گذرند، به وسيله ميدان هاي الکتريکي قوي شتاب مي گيرند. کارکرد شتاب دهنده ها تا حدودي شبيه موج سواري در درياست. هر توده از پروتون ها (که شامل صد ميليارد پروتون است) سوار يک موج الکترومغناطيس مي شود و انرژي جنبشي به دست مي آورد. هر موج به يک دسته از پروتون ها شتاب مي دهد. هر کدام از دو پرتو شامل 2800 دسته مجزا است که طول هر کدام هفت متر است. پس از گذشت 20 دقيقه پرتوها به انرژي نهايي خود مي رسند و تونل LHC را در هر ثانيه 11245 مرتبه دور مي زنند. پروتون ها طي اين 20دقيقه مسيري را که طي کرده اند از فاصله رفت و برگشت زمين تا خورشيد بيشتر است. پرتوها با سرعت 9997828/99 درصد سرعت نور وارد LHC مي شوند و پس از شتاب گرفتن به سرعتي برابر 9999991/99 درصد سرعت نور مي رسند. اين مقدار به تقريب حداکثر سرعتي است که مي توان به آن دست يافت چرا که طبق نظريه نسبيت هيچ چيز نمي تواند سريع تر از نور حرکت کند. جرم پروتون در حالت سکون برابر با /938Gev 0(ميليارد الکترون ولت) است، اما پس از شتاب گرفتن جرم (يا انرژي، در اين حالت اين دو کميت با هم برابرند) به هفت هزار ميليارد الکترون ولت (7 تراالکترون ولت يا vTeV) مي رسد. اگر به فرض بتوان يک فرد صد کيلوگرمي را در LHC شتاب داد، جرمش در پايان کار به 700 تن مي رسد. اگر هيچ نيروي خارجي نباشد پروتون ها در مسير مستقيم حرکت مي کنند. براي آنکه مسير حرکت پروتون ها دايره يي شود، مغناطيس هاي قوي، لوله هاي پرتوها را پوشانده اند که مسير حرکت پروتون ها را خميده مي کند. اين مغناطيس ها بخش سوم هر شتاب دهنده است. هر چقدر جرم ذره ها بيشتر باشد به مغناطيس هاي قري تري براي هدايت آنها در مسير درست نياز داريم. اين موضوع نشان دهنده محدوديت هاي شتاب دهنده هاي ذره است، چرا که در يک شدت ميدان خاص، مواد سازنده سيم پيچ هاي مغناطيسي نمي توانند در برابر نيروي همين ميدان مغناطيسي مقاومت کنند. بخش اصلي دستگاه مغناطيس شامل 1232 آهن رباي دوقطبي است که طول هر کدام 16 متر و وزن آن 30 تن است و مي تواند ميدان مغناطيسي 33/8 تسلا (150 هزار برابر ميدان مغناطيسي زمين) توليد کند. مغناطيس هاي به کار رفته در LHC طراحي ويژه يي دارد که مي تواند همزمان دو کار انجام دهد. اين مغناطيس ها دو سيم پيچ دارد که هر کدام به دور يکي از لوله هاي پرتو پيچيده شده است. وقتي جريان از اين سيم پيچ ها مي گذرد دو ميدان مغناطيسي به وجود مي آورد. جهت ميدان مغناطيسي در يک لوله رو به بالا و در لوله ديگر رو به پايين است ،به همين دليل دو پرتو (پروتون يا هسته سرب) که بار مساوي دارند در يک مسير اما در دو جهت خلاف هم حرکت مي کنند. LHC علاوه بر مغناطيس هاي دوقطبي، چندين مغناطيس چهارقطبي براي متمرکز کردن پرتوها و هزاران مغناطيس شش قطبي و هشت قطبي کوچک ديگر دارد که کارشان تصحيح اندازه پرتو و موقعيت آنهاست.همه سيم پيچ هاي مغناطيسي و دستگاه هاي شتاب دهنده از مواد ويژه يي (نيوبيم و تيتانيوم) ساخته شده اند که در دماهاي بسيار کم ابررسانا مي شوند، يعني بدون هيچ مقاومتي جريان الکتريسيته را از خود عبور مي دهند تا ميدان الکتريکي و مغناطيسي به وجود آيد. براي آنکه مغناطيس ها بهترين کارکرد را داشته باشند، بايد آنها را تا دمايقC 3/271- (K 9/1) سرد کرد يعني سردتر از دماي فضا. براي سرد کردن مغناطيس ها بيشتر بخش هاي شتاب دهنده به يک سامانه توزيع نيتروژن و هيدروژن مايع متصل است. گفتني است يک هشتم توان سامانه سرمازايي LHC براي کسب عنوان بزرگ ترين سردخانه جهان کافي است. در چهار نقطه از مسير اين تونل زنجيره مغناطيس ها قطع مي شود. در اين چهار نقطه شکاف هايي است که ابزارهاي آزمايش LHC و آشکارسازهاي آن قرار دارد و در اين بخش ها که لوله هاي پرتوها به شکل X است مسير حرکت پرتوها را به گونه يي تغيير مي دهند که با يکديگر برخورد کنند و جايشان نسبت به هم تغيير کند. در اين چهار نقطه با استفاده از لوله هاي X شکل ،پرتوها را با زاويه 5/1 درجه نسبت به يکديگر مي تابانند تا با يکديگر برخورد کنند.آشکارسازهاي عظيم (که در انتها به شرح آنها مي پردازيم) در اين تقاطع ها يعني مکان برخورد قرار دارند. براي افزايش احتمال برخورد ذره ها، اين توده هاي ذره را با استفاده از مغناطيس هاي ويژه يي درست در جلوي محفظه برخورد تا قطر 16 ميکرومتر (باريک تر از موي انسان) و طول 80 ميلي متر فشرده مي کنند. اين پرتوها چنان باريکند که کار به هم کوبيدن آنها درست مثل اين است که دو سوزن را از فاصله 10 کيلومتري با چنان دقتي به سمت هم شليک کنيم که در ميانه راه با هم برخورد کنند، با اين همه فناوري پيشرفته LHC انجام اين کار پيچيده و دشوار را ممکن مي سازد. با اين همه حتي در اين پرتوهاي متمرکزشده چگالي بسيار کم است. (چگالي اين پرتوها صد ميليون مرتبه کمتر از چگالي آب است.) بنابراين بيشتر ذره ها از ميان توده ذره هاي مقابل عبور مي کنند، بدون اينکه با آنها برخورد کنند يا حتي از سرعت شان کاسته شود. بنابراين به رغم آنکه در هر توده پروتوني صد ميليارد پروتون وجود دارد، وقتي دو توده با هم برخورد مي کنند تنها حدود 20 برخورد روي مي دهد. با اين همه از آنجا که برخورد بين توده هاي پروتون31 ميليون مرتبه در ثانيه روي مي دهد (2800 توده پروتوني ضرب در 11245 مرتبه گشتن پرتوها به دورLHC) هنگامي که LHC با بيشينه توان خود کار مي کند، حدود 600 ميليون برخورد پروتوني در هر ثانيه روي مي دهد. انرژي جنبشي يک دسته از پروتون هايي که با نهايت سرعت در حال حرکت باشند، برابر انرژي جنبشي يک فيل يک تني است که با سرعت 50 کيلومتر بر ساعت مي دود. انرژي کل موجود در پرتو نيز 315 مگاژول (MJ) است که براي ذوب کردن حدود 500 کيلوگرم مس کافي است. به همين دليل تلاش هاي بسياري براي تضمين امنيت LHC صورت گرفته است. به محض آنکه پرتو ناپايدار شود حسگرهاي پرتو، ناپايداري را تشخيص مي دهند و در کمتر از يک هزارم ثانيه پرتو را به سمت خروجي اضطراري هدايت مي کنند. در اين خروجي ها پيش از آنکه پرتوها بتوانند خرابي به بار آورند جذب صفحه هايي از جنس گرافيت و بتن مي شوند.

آزمايش ها

LHC دو پروتون را با انرژي جنبشي کل 7+7=14TeV (در مورد يون هاي سرب با انرژي کل 1140TeV) به هم مي کوبد و سپس ذرات جديد حاصل از تبديل انرژي جنبشي به ماده را آشکار ساخته و خواص آن را اندازه مي گيرد. طبق فيزيک کوانتوم چنين برخوردهايي به طور قطع همه ذرات مدل استاندارد را توليد مي کند. با اين همه احتمال توليد ذرات سنگيني که دانشمندان در جست وجوي آنند بسيار کم است. برخي از اين برخوردهاي ذرات چنان شديد است که مي تواند ذرات جديد و سنگيني را به وجود آورد. طبق پيش بيني نظريه ها بوزون هيگز يا ديگر پديده هاي کاملاً تازه يي که دانشمندان در جست وجوي آنند به ندرت توليد مي شود. (معمولاً يک مورد در هر 12-10برخورد) بنابراين لازم است برخوردهاي بسياري را بررسي کنيم تا در نهايت بتوانيم «سوزني را در ميليون ها کاهدان» بيابيم. به همين دليل است که LHC بايد سال هاي بسيار 24 ساعت شبانه روز را کار کند تا به هدفش برسد.همه رويدادها (هر رويداد يعني يک برخورد همراه با تمامي ذراتي که توليد مي شود) با استفاده از آشکارسازهاي بسيار بزرگي بررسي مي شود که مي تواند همه آنچه را که طي يک برخورد روي داده است، بازسازي کند.آشکارساز را مي توان به دوربين هاي ديجيتال سه بعدي بسيار بزرگي تشبيه کرد که مي تواند در هر ثانيه 40 ميليون تصوير تهيه کند. در اين تصويرها اطلاعات با استفاده از ده ها ميليون حسگر به صورت ديجيتال جمع آوري مي شود. اين آشکارسازها را چندلايه مي سازند که هر لايه وظيفه خاص خود را دارد.طبق پيش بيني ها ذرات سنگيني که دانشمندان اميدوارند در برخوردهاي LHC توليد شود، عمر بسيار کوتاهي دارند و به سرعت واپاشي مي کنند و به ذرات سبک تر و شناخته شده تبديل مي شوند. پس از هر برخورد شديد صدها نمونه از ذرات سبک مانند موئون، فوتون و همچنين تعدادي ذره سنگين تر مانند پروتون، نوترون و ديگر ذرات با سرعتي بسيار نزديک به سرعت نور وارد آشکارسازها مي شود. آشکارسازها با استفاده از اين ذرات سبک وجود احتمالي ذرات سنگين تر کمياب را نتيجه مي گيرند. مسير حرکت ذره هاي باردار در اثر حضور ميدان هاي مغناطيسي خميده مي شود. با استفاده از شعاع انحناي مسير حرکت، گشتاور آنها را اندازه مي گيرند زيرا هرچه انرژي جنبشي آنها کمتر باشد انحناي مسير کمتر است. براي ذره هايي که انرژي جنبشي زيادي دارند بايد مسير بسيار طولاني را اندازه بگيريم تا بتوان شعاع انحناي آنها را با دقت زياد مشخص کرد. از ديگر بخش هاي مهم آشکارسازها کالريمتر است که براي اندازه گيري انرژي جنبشي (هم ذرات باردار و هم بدون بار) به کار مي رود. کالريمترها هم بايد تا آنجا که امکان دارد بزرگ باشند تا بتوانند ذرات هر چه بيشتري را جذب کنند. اينها دو دليل اصلي براي بزرگ ساختن آشکارسازهاي LHC است.آشکارسازها را به گونه يي مي سازند که منطقه برهمکنش را کامل دربرگيرد تا بتوان انرژي کل و گشتاور باقي مانده هر رويداد را اندازه گرفت و هر رويدادي را با دقت زياد بازسازي کرد. با ترکيب اطلاعات حاصل از لايه هاي گوناگون آشکارسازها مي توان نوع ذرات مختلف را مشخص کرد. ذرات باردار (الکترون، پروتون و موئون) با يونيزه کردن از خود ردي برجاي مي گذارند. الکترون ها بسيار سبک هستند بنابراين به سرعت انرژي خود را از دست مي دهند. در حالي که پروتون ها که سنگين ترند، در لايه هاي آشکارساز بيشتر نفوذ مي کنند. فوتون ها خودشان ردي ندارند اما هر فوتون در کالريمتر به يک الکترون و يک پوزيترون تبديل مي شود که انرژي اين ذره ها را اندازه مي گيرند. انرژي نوترون ها را نيز غيرمستقيم اندازه مي گيرند. نوترون ها انرژي خود را به پروتون ها مي دهند، سپس اين پروتون ها آشکارسازي مي شود. موئون ها تنها ذراتي هستند که به آخرين لايه هاي آشکارساز مي رسند و در آنجا اندازه گيري مي شوند. هر بخش از آشکارساز با هزاران سيم به يک سيستم قرائت الکترونيک متصل مي شود. به محض آنکه يک تکانه ثبت شد، سيستم زمان و مکان دقيق آن را ثبت مي کند و اين اطلاعات را به يک کامپيوتر مي فرستد. صدها کامپيوتر با هم کار مي کنند تا اطلاعات را ترکيب کنند. در سلسله مراتب کامپيوترها يک سيستم بسيار سريع هست که خيلي زود (در کسري از ثانيه) مشخص مي کند يک رويداد خاص، جالب و حاوي اطلاعات مهمي هست يا خير. معيارهاي بسيار متفاوتي براي انتخاب رويدادهاي بالقوه خاص و مهم وجود دارد. با توجه به اين معيارها در هر ثانيه از ميان اطلاعات زياد 600 ميليون رويداد ،تنها چند صد رويداد انتخاب مي شود که آنها را با دقت بررسي مي کنند. آشکارسازهاي LHC با همکاري بين المللي طراحي، ساخته و مديريت مي شود. دانشمنداني که در آنجا کار مي کنند از موسسه هاي تحقيقاتي سرتاسر دنيا آمده اند. LHC در مجموع چهار ابزار بزرگ (ATLAS، CMS، LHCb و ALICE) و دو ابزار کوچک (TOTEM و LHCF) دارد. با توجه به اينکه طراحي و ساخت آشکارسازها 20 سال زمان برده است و با توجه به اينکه قرار است اين ابزارها 10 سال کار کند مي توان دريافت کل مدت کار اين طرح برابر دوره کاري يک فيزيکدان است. ساخت اين آشکارسازها نتيجه آن چيزي است که مي توان آن را «خرد جمعي» نام نهاد. زماني که دانشمندان به شکل گروهي روي دستگاه يا آشکارسازي کار مي کنند به شيوه کارکرد دستگاه ها آگاهند، اما هيچ دانشمندي به تنهايي با جزييات و کارکرد دقيق هيچ دستگاهي آشنا نيست. در چنين کارهاي گروهي، هر دانشمندي با ارائه تخصص خود به موفقيت گروه کمک مي کند.

آشکارسازها

دو آشکارساز بزرگ و اصلي LHC به نام هاي ATLAS و CMS آشکارسازهاي چندمنظوره هستند که در اصل براي جست وجوي ذرات جديد طراحي و ساخته شده است. ATLAS و CMS در دو سوي حلقه LHC روبه روي هم قرار دارند و فاصله بين آنها 9 کيلومتر است. داشتن دو آشکارساز که مستقل از يکديگر طراحي و ساخته شده است براي تاييد متقابل هر کشف جديدي بسيار ضروري است. در آشکارسازهاي ATLAS و CMS بيش از دو هزار دانشمند از 35 کشور جهان همکاري مي کنند. آشکارساز ATLAS به شکل استوانه يي به قطر 25 متر و طول 45 متر است. وزن آن حدود هفت هزار تن است و از اين لحاظ با برج ايفل برابري مي کند. ميدان مغناطيسي اين آشکارساز به وسيله يک سيم لوله در بخش داخلي و يک چنبره حلقوي بسيار بزرگ در بخش بيروني توليد مي شود. آشکارساز CMS نيز استوانه يي به قطر 15 متر و طول 21 متر است و پيرامون مغناطيس سيم لوله يي ابررسانا ساخته شده است و مي تواند ميدان مغناطيسي با شدت 4 تسلا توليد کند. يک پوشش از جنس فولاد اين آشکارساز را دربر گرفته است و در نتيجه وزن آن به بيش از 12500 تن مي رسد. آشکارساز اطلس را در محل نصب ساخته اند، اما آشکارساز CMS را در قالب 15 تکه در سطح زمين ساخته اند و سپس به زيرزميني و درون تونل بردند و در آنجا نصب کردند.

LHCb

دستگاه LHCb به ما کمک مي کند تا دريابيم چرا در جهاني زندگي مي کنيم که همه آن از ماده ساخته شده است و در ظاهر در آن از ضدماده خبري نيست. اين دستگاه به طور اختصاصي براي پژوهش درباره تفاوت جزيي بين ماده و ضدماده طراحي شده است و براي اين کار ذره يي به نام کوارک پايين را بررسي مي کند. LHCb براي تشخيص و اندازه گيري خواص کوارک پايين و همزاد ضدماده آن يعني ضدکوارک پايين آشکارسازهاي ردياب متحرک و پيچيده يي دارد که در مسير حرکت پرتوهايي که در LHC حرکت مي کنند، قرار دارد.

ALICE

ALICE در حقيقت دستگاه برخورددهنده يوني و آشکارساز پيشرفته يي است که براي تحليل و بررسي برخورد يون هاي سرب طراحي و ساخته شده است. چند هفته در سال به جاي پروتون ها يون هاي سنگين سرب را در LHC به هم مي کوبند. اين رويداد مي تواند وضعيتي را که يک ميليونم ثانيه پس از انفجار بزرگ حاکم بود، يعني هنگامي که دماي همه جهان حدود صد هزار برابر گرم تر از مرکز خورشيد بود در فضايي به ابعاد هسته اتم شبيه سازي کند. اين وضعيت ممکن است حالتي از ماده به نام پلاسماي کوارک گلوئون توليد کند که فيزيکدانان بسيار علاقه مند هستند ويژگي هاي آن را بررسي کنند.

توليد داده ها

LHC پس از آنکه کارش را آغاز کرد سالانه حدود 15 پتابايت ( 15 ميليون گيگابايت) اطلاعات توليد مي کند که براي ذخيره اين اطلاعات حدود سه ميليون دي وي دي نياز است. هزاران دانشمند از سراسر جهان مي خواهند به اطلاعات حاصل از پژوهش هاي LHC دسترسي داشته باشند و آن را تجزيه و تحليل کنند، به همين دليل سرن مشغول همکاري با موسسه هاي پژوهشي 33 کشور دنيا است تا زيرساخت هاي يک سامانه محاسبه و ذخيره توزيع شده اطلاعات را راه اندازي کنند که LCG نام دارد.سامانه LCG اين امکان را فراهم مي سازد که اطلاعات حاصل از آزمايش هاي LHC در سراسر جهان توزيع شود، البته يک نسخه ذخيره از اين اطلاعات در سرن نگهداري خواهد شد.پس از آن هر دانشمندي مي تواند با استفاده از خوشه کامپيوترهاي محلي يا حتي کامپيوتر شخصي اش از طريق کشور خود به اطلاعات LHC دسترسي داشته باشد.