مصادم الهدرونات الكبير
التجارب

يحدث التقاء واصطدام فيضي البروتونات المتعاكسين عند نقاط معينة على مسار المعجل وتنصب عند تلك النقاط أجهزة القياس الضخمة التي تمكّن من تسجيل جميع الجسيمات الناشئة عن اصطدام بروتونين. وتوجد أجهزة القياس المعدة في غرف تحت الأرض ومنها المكشاف أطلس ATLAS ومكشاف الميونات CMS و LHCb وتجربة أليس ALICE و TOTEM (أنظر الشكل). ويبلغ وزن مكشاف أطلس نحو 7000 طن والمكشاف CMS نحو 12000طن، وقد أُعدّ هذان المكشافان (عدادات جسيمات) خصيصا من أجل التأكد من قياس كل منهما على حدة، فإذا سجل أحدهما جسيما غريبا ذا مواصفات معينة، يمكن التحقق من صحة ذلك عن طريق المقياس الآخر.
أي أن التجربتين تعملان على اكتشاف جسيمات أولية جديدة لا نعرفها تدخل في تكوين الكون، أو أن يكون لها دور في نشأة الكون وتكوينه في الماضي. الفكرة وراء الموضوع هو أن اصطدام بروتونين تبلغ كتلة الواحد منهما 0.94 جيجا إلكترون فولت، وكل منهما مسرع إلى سرعة قريبة جدا من سرعة الضوء في عكس اتجاه الآخر (سرعة البروتون هنا تكون أقل من سرعة الضوء بنحو 11 كيلومتر /الثانية فقط)؛ فتصل طاقة كل منهما 5و6 تيراإلكترون فولت. ولأنهما يتحركان في اتجاه معاكس فإنهما يصطدمان بطاقة قدرها 13 تيرا إلكترون فولط. , هذه الطاقة كافية لإنتاج أعدادا كبيرة من مختلف الجسيمات الأولية منها الكبير ومنها الصغير وذلك عن طريق تحول الطاقة عند الاصطدام إلى مادة (جسيمات أولية) طبقا لمعادلة تكافؤ المادة والطاقة لأينشتاين. فطاقة 13 تيرا إلكترون فولت - وهي طاقة اصطدام بروتونين - تكفي لأن يتولد منها نحو 13800 من البروتونات، حيث كتلة البروتون 0.94 جيجا إلكترون فولت فقط. ولكن لا ينتج من الاصطدام بروتونات فقط وإنما تنتج جسيمات كثيرة مختلفة الكتل، ويطمع العلماء في العثور على بوزون هيغز، ويفترض فيه أنه أثقل من البروتون نحو 200 مرة. في عام 2012 شاهد العلماء بوادر بوزون ثقيل تبلغ كتلته 125 مرة كتلة البروتون، وكان ذلك نجاحا كبيرا حققه مصادم الهدرونات الكبير.
علّمتنا النظرية النسبية الخاصة لأينشتاين والتي صاغها عام 1945 أن الكتلة مكافئة للطاقة، ولا يدخل في العلاقة بينهما سوى مربع سرعة الضوء في الفراغ c2. أي أن:
حيث:
E = الطاقة بالجول،
m = الكتلة كيلوجرام،
c = سرعة الضوء في الفراغ = 3. 8  10 متر/ثانية تقريباً.
وحيث أن كتلة البروتون تبلغ 0.938 غيغا إلكترون فولت مضروبة في مربع سرعة الضوء فإن البروتونين المتصادمين بطاقة 13 تيرا إلكترون فولت تكفي لإنتاج أكثر من 13800 بروتون عند تحول طاقتهم (البالغة 13 مليون مليون إلكترون فولت) إلى مادة. لكن طاقة البروتونات المعجلة لن تتحول إلى بروتونات فقط، وإنما ينشأ عنها كواركات وميزونات وجسيمات أولية كثيرة ومختلفة الكتل والصفات. كما تسمح طاقة التصادم العالية بإنتاج جسيمات أولية قد تكون 200 مرة أثقل من البروتون. ويأمل العلماء في اكتشاف أنواعا جديدة من الجسيمات لا نعرفها.
في 10 سبتمبر 2008 أتمّ فيضا البروتونات تسارعهما في المعجل بنجاح وبقيت في المدار الرئيسي للمصادم LHC للمرة الأولى من دون أن تصطدم بجدار الأنبوبين.، ولكن بعد 9 أيام، توقفت العمليات نتيجة لخطأ خطير في التوصيلات الكهربائية لأحد المغناطيسات فائقة التوصيل الذي يبرد بالهيليوم السائل عند درجة 4 كلفن. وقد استغرق إصلاح الأضرار الناجمة وتثبيت ميزات إضافية للسلامة أكثر من سنة.
وبتاريخ 20 نوفمبر 2009، أتم فيضا البروتونات دورتهما للمرة الثانية بنجاح، مع حدوث أول تصادم بروتون-بروتون تم تسجيله بعد ثلاثة أيام من حقن طاقة 450 GeV لكل شعاع. مما جعل مصادم الهدرونات الكبير أعلى مصادم جسيمات طاقةً في العالم وذلك في يوم 30 نوفمبر 2009، حائزا على الرقم العالمي الجديد وهو 1.18 TeV (تيرا إلكترون فولط) لكل شعاع ومتجاوزا الرقم العالمي السابق الذي ناله تيفاترون في فيرميلاب في باتافيا بولاية إلينوي.
بالنسبة إلى الاختبارات بواسطة أيونات الرصاص الثقيلة، فيمكن بواسطتها الوصول إلى طاقة إجمالية للاصطدام قدرها 1146 تيرا إلكترون فولت. ومن المخطط أن يقوم مكشاف أليس ALICE-Detector بتسجيل نواتج اصطدام فيضي أيونات الرصاص وهذا المكشاف قد بني خصيصا لهذا الغرض. ولكن يمكن أيضا للمكشاف أطلس وكذلك مكشاف CMS القيام بدراسة تصادم الأيونات الثقيلة عند تلك الطاقات العالية جدا.