Apa itu Large Hadron Collider (LHC)?

Foto: Large Hadron Collider, Cern.ch

Large Hadron Collider (LHC) adalah akselerator partikel terbesar dan terkuat di dunia saat ini. Terletak di bawah tanah di perbatasan Swiss dan Prancis, LHC terdiri dari terowongan melingkar sepanjang 27 kilometer (17 mil). Terowongan ini berisi serangkaian magnet superkonduktor yang kuat yang digunakan untuk membelokkan dan mempercepat partikel.

Konsep dan cara kerja LHC

Konsep LHC adalah untuk menciptakan kondisi energi tinggi seperti yang ada pada awal alam semesta. Hal ini dilakukan dengan caea mempercepat partikel subatom, terutama proton, ke kecepatan mendekati kecepatan cahaya dan kemudian menabrakkannya satu sama lain.

Proses akselerasi proton di LHC dimulai dengan menyuntikkan proton ke dalam cincin akselerator. Proton kemudian diakselerasi secara bertahap oleh rongga radiofrekuensi di sepanjang cincin. Energi proton dapat mencapai hingga 13,6 TeV (tera-elektronvolt) per berkas.

Setelah proton mencapai energi yang diinginkan, mereka dihantamkan bersama di titik-titik tertentu di dalam detektor. Tumbukan ini menciptakan kondisi energi tinggi yang memungkinkan para ilmuwan untuk mempelajari interaksi partikel fundamental, seperti kuark, gluon, dan boson Higgs.

Detil teknis LHC

LHC adalah instrumen ilmiah yang luar biasa kompleks dan canggih yang terdiri dari berbagai komponen. Berikut adalah detil teknis Large Hadron Collider (LHC) :

Struktur dan Dimensi :

• Panjang: 27 kilometer (17 mil)
• Kedalaman: 175 meter di bawah tanah
• Bentuk: Cincin melingkar
• Komponen utama:

• Magnet superkonduktor: Sekitar 1800 magnet superkonduktor niobium-titanium yang kuat untuk membelokkan dan mempercepat partikel.
• Kriostat: Sekitar 8 sektor, masing-masing berisi magnet dan pipa vakum.
• Pipa vakum: Dua pipa terpisah untuk masing-masing berkas partikel, dijaga pada tekanan ultra-tinggi untuk mencegah tumbukan partikel dengan gas.
• Detektor partikel: Empat detektor utama (ATLAS, CMS, ALICE, dan LHCb) dan beberapa detektor eksperimen lainnya ditempatkan di titik-titik tertentu di sepanjang cincin untuk mengamati hasil tumbukan partikel.

Layout of the LHC complex

Operasi:

• Partikel yang dipercepat: Biasanya proton, tetapi juga ion berat seperti timbal dapat digunakan.
• Pengacelar awal: Beberapa tahap akselerator linier dan siklus meningkatkan energi partikel sebelum injeksi ke LHC.
• Injeksi dan akselerasi: Proton disuntikkan ke LHC dan diakselerasi secara bertahap oleh rongga radiofrekuensi di sepanjang cincin, mencapai energi hingga 13,6 TeV (tera-elektronvolt) per berkas.
• Tumbukan partikel: Berkas proton dihantamkan bersama di titik-titik tertentu di dalam detektor, menciptakan kondisi energi tinggi untuk mempelajari interaksi partikel fundamental.
• Detektor dan pengumpulan data: Detektor partikel mencatat dan menganalisis partikel dan radiasi yang dihasilkan dari tumbukan, menghasilkan data dalam jumlah besar yang dikumpulkan dan dianalisis oleh kolaborasi ilmuwan internasional.

Teknologi Kunci:

• Superkonduktivitas: Magnet superkonduktor beroperasi pada suhu sangat dingin (-271,3 °C) untuk mencapai medan magnet yang kuat tanpa hambatan listrik yang signifikan.
• Kriogenik: Sistem kriogenik yang canggih digunakan untuk mendinginkan magnet dan pipa vakum ke suhu operasi yang sangat rendah.
• Vakum ultra-tinggi: Pipa vakum dijaga pada tekanan sangat rendah untuk mencegah tumbukan partikel dengan gas dan memastikan jalur bebas bagi berkas partikel.
• Elektronika dan komputasi: Detektor dan sistem akuisisi data memerlukan elektronik presisi tinggi dan infrastruktur komputasi yang kuat untuk mengumpulkan, menyimpan, dan menganalisis data dalam jumlah besar.

Dampak ilmiah LHC

LHC telah beroperasi sejak tahun 2008 dan telah menghasilkan sejumlah penemuan penting dalam fisika partikel, termasuk:

• Penemuan boson Higgs: Penemuan boson Higgs adalah salah satu pencapaian ilmiah terbesar abad ke-21. Boson Higgs adalah partikel yang diprediksi oleh Model Standar fisika partikel dan terkait dengan pemberian massa pada partikel elementer lainnya. Penemuan boson Higgs memberikan bukti penting untuk Model Standar dan membantu para ilmuwan untuk memahami alam semesta pada tingkat yang lebih dalam.
• Peningkatan pemahaman tentang kekuatan fundamental alam: LHC telah membantu para ilmuwan untuk meningkatkan pemahaman tentang kekuatan fundamental alam, termasuk interaksi kuat dan lemah. Interaksi kuat bertanggung jawab untuk menyatukan nukleon (proton dan neutron) di dalam inti atom, sedangkan interaksi lemah bertanggung jawab untuk proses radioaktif.
• Penemuan partikel baru dan eksotis: LHC telah menemukan beberapa partikel baru dan eksotis, seperti meson B_s dan tetraquark. Partikel-partikel ini tidak diprediksi oleh Model Standar dan menunjukkan bahwa ada kemungkinan adanya fisika di luar Model Standar.
• Pengukuran yang lebih tepat dari sifat partikel yang diketahui: LHC telah memungkinkan para ilmuwan untuk mengukur sifat partikel yang diketahui dengan lebih tepat. Pengukuran ini penting untuk menguji Model Standar dan untuk mencari penyimpangan dari Model Standar.

Perkembangan dan kemajuan LHC

LHC telah memasuki fase ketiga operasinya, yang dikenal sebagai High-Luminosity LHC (HL-LHC). HL-LHC akan meningkatkan luminositas LHC (jumlah tumbukan partikel per detik) hingga 10 kali lipat. Hal ini akan memungkinkan para ilmuwan untuk mencari partikel dan fenomena langka yang baru, seperti supersimetri dan materi gelap.

LHC adalah instrumen ilmiah yang luar biasa kuat yang telah menghasilkan sejumlah penemuan penting dalam fisika partikel. Penelitian yang dilakukan di LHC berpotensi untuk merevolusi pemahaman kita tentang dunia di sekitar kita dan membuka jalan bagi penemuan-penemuan baru yang menakjubkan.

Berbagi :