tomron87/hebrew-wikipedia-sentences-corpus huggingface dataset:
אלבום זה מכיל ומבוסס על סימפולים של עוזי נבון.
2025: אינסוף נמצא (ביחד עם יהונתן יופה)
מאיו הוא המזרחי ביותר מבין איי סוטאוונטו של כף ורדה.
מאיו ממוקמת מדרום לאי בואה ויסטה וממזרח לאי סנטיאגו.
מבחינה מנהלית, האי הוא יחידה מנהלית עירונית בשם מאיו.
האי התגלה בשנת 1460. הוא יושב לראשונה בסוף המאה ה-16, כאשר האדמה שימשה לגידול בעלי חיים, בעיקר עיזים.
המלח באי נוצל לראשונה במאה ה-17 מה שהביא לגידול באוכלוסיית האי.
האנגלים ייצאו מלח לאירופה מהיישוב פורטו אינגלס שהוא כיום היישוב העיקרי הגדול באי.
שמה של העיר שמשמעותו נמל האנגלים ניתן לה בעקבות יצוא המלח מהיישוב.
בקרב מאיו שהתקיים ב-23 בינואר 1814 התקיים קרב בין פריגטות בריטיות וצרפתיות מול החוף הדרומי של האי מאיו.
הקרב היה חלק ממלחמות נפולאון והתקיים בשלבים האחרונים של המלחמות.
האי מאיו סובל במאה ה-20 מהגירת תושבים רבים.
חלקם היגרו לאי סנטיאגו השכן.
הסיבה לכך היא בצורת מתמשכת.
ההר הגבוה ביותר באי (436 מ') נמצא ליד החוף המזרחי, ברכס הרים בשם מונטה פנסו .
בחלקו הצפוני של האי נמצא אזור טראס סאלגאדס (בפורטגזית אדמות מלוחות).
זהו אזור טבעי עצום המכסה את החלק הצפון-מערבי של האי מאיו.
הנקודה הצפונית ביותר באי היא פונטה קאיס.20% משטח האי (54.5 קמ"ר) מיוער ו-28% משטח האי (76.0 קמ"ר) הם שמורה.
המפרצים באי כוללים את Baía do Galeão ואת Baía da Santana מצפון ובדרום מזרח לגונה בשם Lagoa Cimidor.
ליד החוף הצפוני נמצא האי הבלתי מיושב Ilhéu Laje Branca.
העיירה המרכזית של האי היא פורטו אינגלס (Porto Inglês), ליד שדה התעופה שלו, שדה התעופה מאיו.
מאיין היא עיר במחוז מאיין-קובלנץ שבמדינת ריינלנד-פפאלץ בגרמניה.
מאיין היא העיר השנייה בגודלה באייפל של ריינלנד-פאלץ אחרי באד נויאנר-אהרוויילר.
ממערב לעיר, כמו כן מצפונה ומדרום-מערב לה, שוכנים הרי האייפל ממזרח לעיר נמצא אגן קובלנץ-נויויד, המחולק לחלק הצפוני של פפאלץ ולחלק הדרומי של מייפלד.
אזור זה נחשב גאוגרפית לחלק מ"האייפל".
לכן מכונה מאיין לעיתים קרובות: "השער לאייפל".
מאז בתקופה הרומית הייתה מאיין מרכז כלכלי חשוב.
מסוף המאה ה-3 ועד ימי הביניים פעלו בעיר כלי חרס ומוצריהם נסחרו ונמכרו ברחבי מרכז אירופה.
בתקופה הפרהיסטורית, היו המחצבות הסמוכות לעיר מקורות הבזלת לייצור אבני ריחיים וטוף ששימש לייצור סרקופגים.
השם מאיין מגיע כנראה מהמילה הלטיני "מגינה".
רישומים משנת 847 מראים זאת כיעוד של העיר; היא הותאמה על ידי הרומאים מהמילה הקלטית magos, כלומר שדה.
אגדה מהמאה השמינית, מספרת על ג'נובה מברבנט, המכנה את מאיין כמקום מושבו של הדוכס זיגפריד מהפפאלץ.
בשנת 1041 קיבלה העיר את ההכרה הרשמית הראשונה שלה וב-1291 זכתה מעמד של עיר, על ידי רודולף הראשון פון הבסבורג, במקביל לערים ברנקסטל, ולשביליג, מונטבאור וסארבורג.
במהלך מלחמת העולם השנייה, במיוחד במהלך ההתקפות האוויריות של כוחות הברית ב-12 בדצמבר 1944 וב-2 בינואר 1945, נהרסו כ-90% מהעיר.
לאחר המלחמה ובעקבות משאל עם על עלויות הבנייה מחדש, הצביעו האנשים בעד בניית העיר מחדש.
מאז 1946 הפכה העיר לחלק ממדינת ריינלנד-פאלץ.
עד 1973, הייתה מאיין המרכז המחוזי של מחוז מאיין.
לאחר 1973, הועברה הנהלת המחוז לקובלנץ והמחוז שונה למחוז מאיין-קובלנץ.
בגלל הרפורמה הקומונלית ב-1970, שולבו ארבעה כפרים ליד מאיין.
ארבעת הכפרים שייכים כעת רשמית לעיר והפכו לרבעים של מאייטן.
הרבעים עדיין דמויי כפר ומכילים את רוב החקלאות של מאיין.
אלצהיים (כ-1300 תושבים), דרום העיר.
האוזן (כ-1500 תושבים), רובע מזרחי, לכיוון קובלנץ
קירנברג (כ-1200 תושבים), מערב העיר, לכיוון נירבורגרינג
ניצטל (כ-1800 תושבים), צפונה, לכיוון ארמון בירסהיים
מוזיאון אייפל מציג את התפתחות נוף הרי האייפל ואת חיי היום-יום של התושבים.
מכרה הצפחה הגרמני הוא מוזיאון במערכת המנהרות מתחת לג'נובבורג.
עולמות הרפתקאות גרובנפלד מרכז ההרפתקאות של פארק הגעש בנושא כריית בזלת.
כנסיית סנט קלמנס עם הצריח המעוות שלה (סמל העיר, שנבנה מחדש ב-1945)
תחנת מידע וולקני בוולקן-פארק (פארק וולקני).
בריכת שחייה ופנאי, עם אחת ממגלשות המים התלויות הארוכות בעולם.
פרידריך וילהלם רייפייזן (1818–1888), רפורמטור חברתי ומייסד התנועה השיתופית, היה מזכיר מחוז מאיין והכנסייה מארחת את הכנסייה האוונגליסטית של מאיין
פריץ סייץ (1905–1949), כומר קתולי בדוכסות שפייר, אסיר ותיק במחנה הריכוז דכאו
מריו אדורף (נולד ב-1930), שחקן וסופר
מאיה שולדינר (נולדה ב-15 במרץ 1975) היא גנטיקאית מולקולרית ישראלית, פרופסור מן המניין בפקולטה לביוכימיה במכון ויצמן למדע ודקאנית בית הספר למחקר.
לשעבר יושבת ראש המועצה המדעית של המכון.
מחקרה מתמקד בהבנה מכניסטית של תפקודים יסודיים העומדים בבסיסו של ארגון תוך-תאי.
מאיה שולדינר נולדה בירושלים בשם מאיה רוזיק-רוזן, בתם של עטרה (לבית מינץ) ואלי רוזיק-רוזן.
אביה היה דקאן הפקולטה לאמנויות באוניברסיטת תל אביב ואמה הייתה היסטוריונית באוניברסיטה העברית בירושלים.
מאיה גדלה בירושלים ובילתה שנים אחדות בארצות הברית, בריטניה וצרפת, בשל עיסוקי הוריה.
ב-1998 השלימה את לימודיה לתואר ראשון בביולוגיה באוניברסיטה העברית בירושלים.
את לימודי התואר השני (1999) והשלישי (2003) בגנטיקה עשתה באוניברסיטה העברית בהנחיית פרופ' ניסים בנבניסטי.
בשנים 2003–2008 ביצעה השתלמות בתר-דוקטורט במעבדתו של פרופ' ג'ונתן וייסמן באוניברסיטת קליפורניה בסן פרנסיסקו.
עם שובה לישראל הצטרפה כחברת סגל במחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון ויצמן.
ב-2015 הפכה לפרופסור חבר וב-2020 לפרופסור מן המניין.
נכון ל-2024, שולדינר היא חברה בסגל העריכה של כתב העת Molecular Systems Biology ובסגל המייעץ של Life Sciences Alliance.
לאורך השנים, היא זכתה בשלושה מענקים של מועצת המחקר האירופית (ERC): מענק מתחיל ב-2010, ומענקי דור ביניים ב-2015 וב-2020.
שולדינר היא מחזיקת הקתדרה הפרופסוריאלית בגנטיקה מולקולרית ע"ש ד"ר אומן ומרתה דרלינג, וב-2022 נכנסה לתפקידה כיו"ר המועצה המדעית של מכון ויצמן, תפקיד בו כיהנה עד 2024. כמו כן, היא שימשה ומשמשת במספר תפקידים אדמיניסטרטיביים במכון.
בדצמבר 2025 החלה את תפקידה כדקאנית בית הספר למחקר.
מחקרה של שולדינר מתמקד בפענוח התפקודים של חלבונים בלתי מאופיינים, תוך שימוש בשמר האופים כמודל אאוקריוטי מרכזי ושימוש בגישות סריקה מיקרוסקופיות, הצמודות למעקבים ייעודיים, בדגש על תהליכים המתרחשים בתוך אברונים תוך-תאיים.
כמחצית מהחלבונים האאוקריוטיים מיוצרים בריבוזומים הציטוסוליים, ולאחר מכן מכוונים לאברונים תוך-תאיים המתאימות להן על מנת לתפקד כראוי.
לכן, הבנה מלאה של האופן בו חלבונים מגיעים למיקום התפקודי שלהם מהווה היבט חשוב בביולוגיה של התא.
בשנים האחרונות, קבוצתה של שולדינר ביצעה מספר תגליות משמעותיות בתחום זה.
יחד עם מעבדתו של פרופ' יוהנס הרמן, קבוצתה של שולדינר גילתה אסטרטגיה חדשה להכוונה של חלבוני ממברנה מיטרוכונדריאליים, אשר באמצעותם חלבונים משתמשים בממברנה של הרשתית התוך-פלזמית כדי לגלוש וכך להגיע ליעד המיטוכונדריאלי.
הם מכנים תנועה זו בשם "ER-SURF".
כמו כן, מעבדתה הדגימה שלל אותות הכוונה בלתי-קונבנציונליים ושיטות הכוונה, ומיפתה את טווח הסובסטרטים עבור מנגנוני טרנסלוקציה שונים.
יצירה ותפקוד של אזורי מחבר
תקשורת של אברונים תוך-תאיים מקדמת את התיאום בין תפקודים תאיים ותחזוקה של שיווי משקל.
דרך אחת בה אברונים תוך-תאיים מתקשרות זו עם זו, היא באמצעות יצירה של אזורי מחבר המבוססים על יצירת גבולות קרובים בין הממברנות.
בשנים האחרונות, קבוצתה של שולדינר הרחיבה את ההבנה בתחום זה.
היא גילתה אזורי מחבר חדשים ואת הקשרים והתפקודים המתרחשים בהם, כגון מחבר חלולית-מיטוכונדריה, מחבר מיטוכונדריה-פרוקסיזום, מחבר בין גופים מוכלים לבין גופיפי שומן, ומחבר מיטוכונדריה-גרעין.
מחקריה של שולדינר הגדילו משמעותית את מספר אזורי המחבר הידועים, את הקשרים המייצרים אותם ואת הוויסות שלהם, כמו גם את המולקולות אשר עוברות דרך אתרים ייחודיים אלה.
על מנת לחקור באופן סדור את הביולוגיה של התא תוך הגדלת הרזולוציה והתפוקה, קבוצתה של שולדינר גם עוסקת באופן מתמיד ביצירת גישות וכלים חדשים, כמו גם טיוב של אלה הקיימים.
בשנים האחרונות מעבדתה הביאה למספר פריצות דרך טכנולוגיות בתחום של סריקה סדורה של שמרים בשיתוף פעולה עם מעבדתו של פרופ' מייקל קנופ, הם יצרו אוסף חדש וייחודי של זני שמרים אשר מאפשרים לחוקרים לייצר שינויים גנטיים בכל חלבון וחלבון וזאת בתוך פחות מחודש.
כלי זה, המכונה SWAp Tag (ובראשי תיבות SWAT) כבר משנה את דרך החשיבה שבה נחקרת הביולוגיה של שמרים.
השמשה של טכנולוגיית SWAT על ידי קבוצתה של שולדינר ונוספים הביאה ליצירתן של מספר ספריות שמרים לשלל יישומים.
יחד עם מעבדתו של פרופ' ג'ון בריגס, פיתחה קבוצתה שיטה לסריקה של פנוטיפים ברזולוציה של מיקרוסקופיה אלקטרונית, מה שמכונה MultiCLEM ומפותח במעבדתה הן עבור שימוש בתאי יונקים.
פרס החוקרת הצעירה של EMBO, האגודה האירופית לביולוגיה מולקולרית (2011)
חברת האקדמיה הצעירה הישראלית (2014–2018)
אחת מ-"40 מתחת לגיל 40", המדעניות הצעירות שנבחרו על ידי המגזין Cell (2014)
פרס המועצה המדעית של מכון ויצמן למדע (2014)
פרס היובל של FEBS, הפדרציה האירופית של האגודות הביוכימיות (2015)
הפרס הלאומי של FEBS (2017)
מדליית הזהב של EMBO (2017)
עמיתה בכירה ע"ש הנס פישר ב-TUM-IAS, המכון למחקר מתקדם של אוניברסיטת מינכן (2017-2018)
חברה נבחרת של האקדמיה הגרמנית הלאומית למדעים לאופולדינה (2020)
שגרירה נבחרת של אוניברסיטת מינכן (2020)
פרס איירה הרשקוביץ לגנטיקאית שמרים מובילה (2022)
פרס ז'אן ואנס לפריצות דרך בחקר אזורי מחבר (2023)
שולדינר נשואה לאורן שולדינר, פרופסור לביולוגיה מולקולרית במכון ויצמן, והם הורים לשלושה בנים.
חמיה הוא פרופ' שמעון שולדינר מהאוניברסיטה העברית, ובן-דודה הוא פרופ' רון נעמן ממכון ויצמן, שאף הוא כיהן כיו"ר המועצה המדעית.
מאיטה קאפאק (קצ'ואה: Mayta Qhapaq, אולי עשיר) היה הסאפה אינקה הרביעי של ממלכת קוסקו (1290 - 1320).
כבנו של המלך יוקי יופאנקי, מאיטה קאפאק הייתה יורשו, ואביו של .
אשתו נקראה מאמה טנקארי יאצ'י, טאקוקריי, או מאמה קוקה.
ילדיו האחרים (חוץ ממאיטה קאפאק) היו טרקו הואמן, אפו קונטי מאיטה, קואקו אבקיילי, ורוקה יופאנקי.
אמו של מאיטה קאפאק הייתה מאמה קורה אוקלו קויה.
מאיטה קאפאק נחשב לממציא לוח השנה.
הכרוניקנים מתארים אותו כמצביא גדול שכבש שטחים עד אגם טיטיקקה, ארקיפה ופוטוסי.
בעוד שלמעשה, ממלכתו עדיין הייתה מוגבלת לעמק קוסקו.
בשנת 1134, מאיטה קאפאק הכניס את אזורי ארקיפה ו לשליטת האינקה.
ההישג הצבאי הגדול שלו היה הכניעה של שבטי האלקביסה והקולונכימה.
מאיה שוורץ (נולדה ב־15 ביוני 1975) היא יזמית ואשת פיתוח עסקי ישראלית, ולשעבר מנכ"לית איגוד ההיי-טק בהתאחדות התעשיינים, במסגרתו יזמה תוכניות לעידוד חדשנות ותשתיות טכנולוגיות במפעלים, וקידמה שילוב נשים בתפקידי ניהול בתעשייה.
שוורץ נולדה ב-1975 להורים מרי ילידת טורקיה, וזאב (טיבי) יליד יוגוסלביה, וגדלה ביישוב בני יהודה שברמת הגולן.
בשל קשיים כלכליים שחוותה משפחתה, החלה שוורץ לעבוד כבר בגיל תשע.
בעקבות תאונת אופנוע שעברה, שלאחריה נדרשה להליך שיקום ממושך, את שירותה הצבאי עשתה בלשכת גיוס.
בין השנים 1996–2000 למדה הנדסת מכונות עם התמחות באוטומציה ורובוטיקה במכללת צור, ובמקביל השלימה תואר ראשון במחשבים ובניהול מהאוניברסיטה הפתוחה.
במהלך לימודיה עבדה שוורץ בחברת ישקר והייתה לאחר סיום לימודיה עברה לעבוד בחברת טקג'ט אירופויילס.
ב-2002 הקימה חברת הזנק בתחום ה-IoT, שפיתחה מנגנון לניהול צוברי דלק ושיפור לוגיסטיקה בחלוקת דלק.
בשנת 2008 הצטרפה כסמנכ"לית פיתוח עסקי לחברת "דרומה צפונה", קרן פילנתרופית של משפחת ורטהיימר.
בשנת 2018 הקימה את חברת PITCH, אשר נתנה לקהילת הסטארט-אפיסטים הצפוניים בדגש על חברות בתחומי התעשייה החכמה אכסניה למשרדיהם
ב־2022 מונתה למנכ"לית איגוד ההייטק הישראלי בהתאחדות התעשיינים, הגוף היציג של תעשיית ההייטק בישראל.
במהלך כהונתה ניהלה שוורץ את פעילותו השוטפת של האיגוד, שבמסגרתו קודמו יוזמות בתחומי חקיקה, אסדרה ותמיכה בחברות הזנק ובתעשייה.
איגוד ההייטק בראשות מאיה שוורץ פעל באופן מתמשך לקידום שילוב נשים בתעשיית ההייטק ובהנהלות, ולצמצום פערי שכר מגדריים.
במסגרת תפקידה ייצגה שוורץ את האיגוד במיזמים ציבוריים העצמת נשים שנועדו לעודד נערות ונשים לפנות ללימודי מדעים והנדסה.
באוגוסט 2025 הודיעה שוורץ על מועמדותה לראשות התאחדות התעשיינים, לקראת פרישתו של רון תומר מהתפקיד בתום שתי קדנציות, בינואר 2026. עם זאת, ב־17 בנובמבר 2025 הודיעה ועדת הבחירות של ההתאחדות כי היא נפסלת מהתמודדות, בשל אי עמידתה בתנאי הסף של חמש שנות ניסיון ניהולי בתעשייה כנדרש בתקנון.
מאיץ LHC הוא מאיץ החלקיקים הגדול בעולם, הממוקם במרכז המחקר CERN על גבול שווייץ–צרפת.
השם LHC משמש הן לתיאור המאיץ הטבעתי המרכזי, שנבנה במנהרה ששימשה עד שנת 2000 את מאיץ LEP, והן לתיאור הפרויקט כולו, שנחשב לפרויקט הראשי של CERN בשני העשורים הראשונים של המאה ה־21. הפרויקט כולל מכלול של מאיצים ושל ניסויים פיזיקליים שמתבצעים בעזרת גלאֵי חלקיקים.
הניסויים שנערכים באמצעות המאיץ נועדו לענות על שאלות העומדות בבסיס הפיזיקה.
מטרתם העיקרית היא להשלים את תמונת חלקיקי היסוד ולחפש אישושים לתאוריות שנועדו להרחיב את המודל הסטנדרטי של החלקיקים היסודיים.
חלקו המרכזי של המאיץ בנוי בתוך מנהרה טבעתית שאורכה כ־27 קילומטר.
המתקן מסוגל להאיץ פרוטונים בשני צינורות (beam pipes) מקבילים, שמתאחדים לצינור אחד סמוך למספר נקודות אינטראקציה (interaction points) לאורך מסלול המאיץ.
האנרגיה של חלקיק עולה ככל שמהירותו גדלה.
האנרגיה של הפרוטונים הנעים בצינורות ה־LHC מגיעה ל־TeV 7 (שבעת אלפים מיליארד אלקטרון וולט; פי 7,461 מאנרגיית המנוחה של הפרוטון) ומהירות תנועתם מגיעה ל־99.9999991% ממהירות האור בריק.
בחינת החלקיקים שייווצרו כתוצאה מהתנגשויות הפרוטונים או היונים תיעשה באמצעות גלאֵי חלקיקים גדולים.
בניית המאיץ היא הפרויקט הגדול ביותר בתולדות הפיזיקה מבחינת מספר הפיזיקאים שהשתתפו בו, והוא שני רק לתוכניות החלל מבחינת ההשקעה הכספית.
בבנייתו, ובבניית הגלאים הנלווים, השתתפו יותר מ־5,000 פיזיקאים מיותר מ־40 מדינות, ויחד עמם עבדו על הפרויקט אלפי מהנדסים וטכנאים.
עלותו הכוללת מוערכת בלמעלה מ־5 מיליארד אירו.
הרעיון להקים מאיץ פרוטונים בקנה מידה כזה ב־CERN עלה כבר בשנות ה־80 של המאה ה־20, והאישור לתוכנית הראשונית להקמתו התקבל ב־1994. ישראל נוטלת חלק בניסוי: היא השתתפה בבניית גלאים המיועדים לאחד הניסויים המרכזיים שבו, ניסוי ATLAS, וסיפקה רכיבים למערכות אחרות בניסוי.
הפעלת המאיץ ותקלות שהתגלו לאחר הפעלתו
הרכבת המאיץ ורוב חלקי הגלאים הסתיימה ב־2008, וזאת לאחר דחיות רבות.
המאיץ הופעל לראשונה ב־10 בספטמבר 2008 בשעה 9:30 (שעון שווייץ).
לאחר תשעה ימי הפעלה התגלתה תקלה חמורה שתיקונה ארך כשנה לערך – התחממות המגנטים הדיפוליים גרמה לדליפת הליום, שהשביתה את המאיץ עד ספטמבר 2009. באוקטובר 2009, לאחר החלפת 57 מגנטים, הופעל המאיץ במתח נמוך בקטע אחד, לצורך בדיקה.
התגלה כי אחד מחלקי המערכת מתחמם מעל סף הבטיחות ולכן האוטומט המפקח על בטיחות המערכת שיתק מיד את כל המערכת.
בדיעבד הסתבר כי ציפור הפילה חתיכת לחם על אחד החלקים, וזו הסיבה כנראה לקצר מקומי שנגרם לאותו חלק.
ב־21 בנובמבר 2009 חזר המאיץ לפעול.
שתי אלומות ניסיוניות ברמת אנרגיה נמוכה, שנשלחו זו לקראת זו, הפגישו שני פרוטונים.
הניסוי היה בעוצמה של גיגה־אלקטרון־וולט, שהיא כשליש מהאנרגיה הדרושה למציאת חלקיק בוזון היגס.
הניסוי נועד בעיקר לכיול מערכות המאיץ ובדיקת מכשור תחנת הניסיונות.
ב־30 בנובמבר שלחו בהצלחה אלומת פרוטונים בעוצמת אנרגיה של 1.18 טרה־אלקטרון־וולט (TeV) ובכך עברו את שיא ההספק הקודם מ־2001, שהיה של 0.98 טרה־אלקטרון־וולט (הושג במעבדות פרמי בארצות הברית).
לקראת סוף דצמבר הופעל המאיץ בעוצמה של 2.36 טרה־אלקטרון־וולט.
ב־30 במרץ 2010 נקבע במאיץ השיא הנוכחי, של 7 טרה־אלקטרון־וולט, בהתנגשות בין אלומות של פרוטונים.
תחום פיזיקת החלקיקים הגיע לקראת סוף המאה ה־20 למצב שבו הענף התאורטי מקדים באופן ניכר את הענף הניסויי, כלומר קיימות תאוריות רבות שקשה לפיזיקאים הנסיינים לאשש אותן באמצעות ניסוי.
הקושי נובע בעיקר מכך שאפקטים ייחודיים לתאוריות אלו מופיעים בדרך כלל באנרגיות גבוהות, ולשם בדיקתם יש צורך במאיצי חלקיקים שמסוגלים להגיע לאנרגיות אלו.
המודל הסטנדרטי של החלקיקים היסודיים היא תאוריה שסיפקה השערות ותחזיות רבות גם בתחומי אנרגיה נמוכים יחסית, כאלו שניתן היה לבדוק במאיצי החלקיקים שהוקמו במהלך המאה ה־20. התאוריה זכתה למספר גדול מאוד של אישושים ניסיוניים.
למעשה, תאוריה זו, ובמיוחד החלק שלה שעוסק באלקטרודינמיקה קוונטית, יכולה להיחשב לתאוריה המדויקת ביותר בפיזיקה.
עם זאת, ברור כיום שהמודל הסטנדרטי אינו מספק תמונה מלאה של החלקיקים האלמנטריים.
הכישלון הבולט ביותר של המודל הסטנדרטי הוא ההשערה שלפיה חלקיקי נייטרינו הם חסרי מסה.
השערה זו התגלתה כשגויה, ומחייבת, לכל הפחות, להכניס תיקון למודל הסטנדרטי.
בנוסף, קיימות תופעות שאותן המודל הסטנדרטי אינו מצליח להסביר כלל.
כך, למשל, הוא אינו מסביר את ההבדל הגדול בכמות החומר והאנטי־חומר שביקום הנצפה, ואינו מציע השערות מספקות לגבי טיבם ומהותם של חלקיקי החומר האפל, שלפי מדידות אסטרונומיות מהווים את מרבית המסה ביקום.
אי לכך, הוצעו תאוריות המהוות מעין הרחבה של המודל הסטנדרטי, כלומר המודל הסטנדרטי הוא קירוב שלהן באנרגיות נמוכות.
כזו, למשל, היא תורת הסופר־סימטריה.
לצורך בדיקת התאוריות הללו יש צורך במתקני ניסוי שבהם נוצרים חלקיקים בתנאים של אנרגיה גבוהה.
בעיה נוספת, שמעמידה את המודל הסטנדרטי כולו בספק, היא העובדה שחלקיק מרכזי בתאוריה, בוזון היגס, טרם התגלה באופן ניסויי.
ללא קיומו של בוזון זה, לא היה הסבר מספק להיותם של בוזוני W ו־Z בעלי מסה (ההסבר מכונה מנגנון היגס).
בנוסף, גודל המסה של לפטונים ושל קווארקים מוערך במסגרת המודל הסטנדרטי באמצעות האינטראקציה שלהם עם שדה היגס.
החיפושים אחר בוזון היגס החלו בשנות ה־60 של המאה ה־20, ביולי 2012 דווחו מדעני המאיץ על גילוי חלקיק המתאים לנתונים המשוערים של בוזון היגס ובמרץ 2013 דווחו כי הם משוכנעים שזהו אכן בוזון היגס.
ב־8 באוקטובר הודיעה קרן נובל על הענקת פרס נובל לפיזיקה לפיטר היגס ופרנסואה אנגלר על גילוי החלקיק.
מאיץ LEP, שהאיץ אלקטרונים ופוזיטרונים, סיים את פעולתו בשנת 2000. הוא שימש למדידות מדויקות של תחזיות המודל הסטנדרטי, ולחיפוש אחר בוזון היגס ואחר חלקיקים סופר־סימטריים.
בתחום הראשון הוא נחל הצלחה רבה, והמודל סטנדרטי זכה בעזרת המאיץ לאישושים רבים, אולם בשני התחומים הנוספים לא נרשמו הצלחות.
לקראת מועד סיום הפעלתו של מאיץ LEP, הצליח הצוות הטכני להגיע לאנרגיה של מעל GeV 200 (מאתיים מיליארד אלקטרון וולט) בהתנגשות, אך גם באנרגיה זו לא התגלה בוזון היגס.
ניתוח מדוקדק של כל האפשרויות שבהן יכול היה להיווצר חלקיק זה ב־LEP, הראה שהאפשרות שמסתו נמוכה מ־GeV 114 נשללה כמעט לחלוטין.
הקושי להמשיך ולהעלות את האנרגיה ב־LEP נבע מאיבודי אנרגיה הולכים וגדלים של החלקיקים הנעים במאיץ כתוצאה מקרינה סינכרוטרונית.
איבודי אנרגיה אלה גדולים יותר ככל שמהירות החלקיקים קרובה יותר למהירות האור.
על מנת להעלות עוד את האנרגיה בהתנגשות היה צורך להגדיל את רדיוס המאיץ, מה שהיה מחייב השקעה כספית עצומה נוספת, או שימוש בחלקיקים מסיביים יותר כדוגמת פרוטונים.
במאיץ LHC נבחרה האפשרות השנייה.
לשימוש בהתנגשויות פרוטונים ישנם מספר חסרונות בהשוואה לשימוש באלקטרונים ובפוזיטרונים, אולם השיקול המכריע היה להגיע לאנרגיה גבוהה תוך זמן פיתוח קצר ככל האפשר.
החסרון העיקרי של שימוש בפרוטונים הוא מורכבות אירועי ההתנגשות.
באירועים אלו מופיעה כמות גדולה של חלקיקים שאינם קשורים ישירות לחלקיקים החדשים שנוצרו בעת האינטראקציה.
כך, למשל, העובדה שהאינטראקציה מתרחשת בפועל בין מרכיבי הפרוטונים (קווארקים וגלואונים), מובילה ליצירת כמות גדולה של חלקיקים משאריות הפרוטונים, כלומר מקווארקים שלא השתתפו באינטראקציה שאותה רוצים לחקור.
מבין מאיצי החלקיקים שקדמו ל־LHC, היחיד שהגיע לאנרגיות גבוהות הוא המאיץ Tevatron שנמצא בארצות הברית.
האנרגיה הכוללת המרבית בהתנגשויות ב־Tevatron עומדת על TeV 1.96 לעומת TeV 14 ב־LHC.
בשנת 1993 ביטל הקונגרס של ארצות הברית פרויקט אחר, מאיץ SSC (Superconducting Super Collider), שהאנרגיה הכוללת בו הייתה אמורה להגיע ל־TeV 40. בשנת 1997 הצטרפה ארצות הברית ל־CERN במעמד של משקיפה.
לארצות הברית וליפן, שהצטרפה ל־CERN במעמד של משקיפה שנתיים קודם לכן, היה תפקיד משמעותי בבניית רכיבי מאיץ LHC והניסויים הנלווים.
מרבית הניסויים הפיזיקליים בהווה ובעבר התקיימו באנרגיות נמוכות יחסית, וזאת משום שהקניית אנרגיה רבה לחלקיקים בודדים היא פעולה מסובכת ויקרה.
מסיבה זו, תמונת התופעות שמתרחשות באנרגיות נמוכות מובנת למדי.
על מנת להרחיב את מאגר הידע הפיזיקלי הן לגבי תופעות נדירות בנות ימינו שמתרחשות באנרגיות גבוהות והן לגבי תופעות שהתרחשו באופן תדיר ביקום הקדום, בשנייה הראשונה שאחרי המפץ הגדול, יש צורך במתקני ניסוי דוגמת LHC.
הניסויים שנערכו באמצעות LHC נותנים הזדמנות נדירה לחקור באופן מבוקר תופעות ייחודיות, שהבנתן תאפשר קבלת תמונה רחבה ומדויקת יותר של הרכב היקום, וכן שחזור בקנה מידה קטן של התנאים ששררו בעברו הקדום.
למאיץ LHC חשיבות רבה עבור פיזיקת החלקיקים.
הוא יוכל לסייע בפתרון מספר בעיות פתוחות של ענף זה ולהרחיב את תמונת החלקיקים היסודיים.
אחת הסיבות העיקריות שלשמן נבנה מאיץ LHC היא חיפוש אחר בוזון היגס, המהווה מרכיב מרכזי במודל הסטנדרטי של החלקיקים היסודיים.
למעשה, ללא קיומו של בוזון היגס, המודל הסטנדרטי אינו מצליח להסביר את היותם של פרמיונים ובוזוני W ו־Z בעלי מסה, ובמילים אחרות, התמונה הנוכחית של החלקיקים האלמנטריים תלויה בקיומו של בוזון זה.
בוזוני היגס הם חלקיקים וירטואליים הנוצרים ונעלמים באופן ספונטני.
שאר חלקיקי המודל הסטנדרטי מקיימים אינטראקציה עם בוזון היגס, גם אם הוא וירטואלי.
מנגנון היגס, המבוסס על שבירת סימטריה ספונטנית, מראה כיצד עוצמת האינטראקציה קשורה למסת הפרמיונים ומדוע לבוזוני W ו־Z יש מסה.
על מנת להוכיח את קיומו של בוזון היגס היה צורך לייצר בוזון היגס ממשי (לא וירטואלי) ולגלות את תוצרי ההתפרקות שלו.
ב־4 ביולי 2012, שתי קבוצות המחקר העיקריות במאיץ החלקיקים, ATLAS ו־CMS, דיווחו בנפרד על קיום חלקיק במסה של 125 GeV/C2 (מסה של 133 פרוטונים, סדר גודל של 10־25 ק"ג), דבר המתיישב עם ערך צפוי לבוזון היגס.
החוקרים ציינו שדרושה עבודה נוספת כדי לאשר שזהו אכן בוזון היגס ולא חלקיק לא־מוכר אחר בעל תכונות הדומות לתכונות התאורטיות של בוזון היגס.
על גילוי החלקיק הוענק פרס נובל לפיזיקה לפיטר היגס ולפרנסואה אנגלר.
במסגרת המודל הסטנדרטי נערכו באמצעות LHC מדידות נוספות שאמורות המשפרות את דיוקן של מדידות קודמות שנעשו במאיץ LEP וב־Tevatron.
בין השאר, ייעשה ניסיון לקבוע בצורה מדויקת את מסתו של קווארק t שהתגלה בשנת 1995. מציאת המסה תיעשה בעזרת שחזור הקווארק קצר־החיים מתוך תוצרי ההתפרקות שלו.
מדידות נוספות יעסקו בתהליכים שבהם נוצרים בוזוני W ו־Z.
תחום נוסף שייחקר ב־LHC הוא שבירתה של סימטריית CP.
שבירת סימטריה זו קשורה לפער העצום שבין כמות החומר לכמות האנטי־חומר ביקום.
מספר תאוריות חדשות, המנסות להרחיב את המודל הסטנדרטי, ייבדקו ב־LHC.
המרכזית שבהן, סופר־סימטריה, חוזה את קיומו של אוסף חלקיקים המקביל לחלקיקי המודל הסטנדרטי המוכרים.
אם תאוריה זו נכונה, צפוי להתגלות בניסוי מספר רב של חלקיקים חדשים.
מסתם של חלקיקים אלו תהיה גדולה יחסית (אחרת הם היו מתגלים בניסויים קודמים).
קרוב לוודאי שחלקיקים אלו קצרי־חיים, ועל כן שחזורם ייעשה בעזרת תוצרי התפרקותם, אולם ייתכן שאחד החלקיקים הסופר־סימטריים יציב ונייטרלי מבחינת מטענו החשמלי.
חלקיק זה לא יגיב עם הגלאים, ונוכחותו תאותר באמצעות מציאת אנרגיה חסרה.
לקיומו של חלקיק מסיבי ויציב כזה משמעות רבה, משום שהוא יכול להוות מרכיב מרכזי של החומר האפל שביקום.
למאיץ LHC תהיה יכולת ייחודית לבדוק מספר תחזיות הקשורות לתורת המיתרים, תאוריה מדעית חדשה יחסית המנסה לשלב בין ארבעת כוחות היסוד שבטבע, והיא מועמדת עיקרית לתפקיד "התאוריה של הכול".
את תורת המיתרים קשה מאוד לבדוק בניסוי, וטרם נמצאו לה אישושים.
אחת מתחזיותיה היא ממדי מרחב נוספים – בין 6 ל־26 ממדים נסתרים מהעין המתווספים לממדי "ימין־שמאל", "מעלה־מטה" ו"קדימה־אחורה" המוכרים מחיי היום־יום.
חישובים מראים כי יש סיכוי קטן שחלק מהחלקיקים שייווצרו בהתנגשויות ב־LHC יגיעו לאחד מהממדים הנוספים, ואנו נוכל להבחין באנרגיה ש"נעלמה" כתוצאה מכך.
מדידת אנרגיה חסרה, יחד עם מציאת חלקיקים שנחזים על ידי מודלים של ממדים נוספים, יכולים לספק אישוש ראשוני לקיומם של ממדים אלו.
אם אכן יוכח קיומם של ממדים נוספים, וכן של שותפי־על, יהיה זה אישור לכך שתורת המיתרים צועדת בכיוון הנכון.
אפשרות נוספת, הקשורה אף היא לאחד המודלים במסגרת תורת המיתרים, היא יצירה של חורים שחורים זעירים.
חורים שחורים אינם חייבים להיות עצמים ענקיים בגודלם, בגודל של כוכבים כמו השמש.
למעשה, חור שחור עשוי להיות גם בגודל של גרגר חול, כל עוד הוא דחוס מספיק.
מקובל להניח שהמסה המינימלית של חור שחור היא מסדר גודל של מסת פלאנק, הרבה יותר ממסות החלקיקים שייווצרו בניסוי.
אולם, תאוריה של ממדים נוספים גדולים (באופן יחסי) צופה מסת פלאנק נמוכה, כלומר פותחת את הדלת ליצירתם של חורים שחורים זעירים בניסוי LHC.
הפופולריות של התאוריה נובעת מיכולתה להסביר את ההבדל העצום בין עוצמתה הנמוכה של הכבידה ובין עוצמתם הגדולה יחסית של כוחות היסוד האחרים (בעיית ההיררכיה).
חורים שחורים זעירים, אם ייווצרו במאיץ LHC, צפויים לדעוך תוך פרק זמן קצר ביותר באמצעות קרינת הוקינג.
ניסויי התנגשויות יונים, שיערכו בחלק מזמן הפעלת המאיץ, קשים יותר לניתוח, עקב הכמות הגדולה של החלקיקים שינועו בגלאים לאחר ההתנגשויות.
מטרתם העיקרית היא לנסות להגיע למצב של פלזמת קווארקים־גלואונים שהיא בעצם מצב חדש של החומר.
משערים שבתנאי אנרגיה גבוהה, הקווארקים מופרדים מהגלואונים ואינם כלואים יחד בתוך ההאדרונים.
מקובל להניח שחומר במצב זה התקיים במהלך השנייה הראשונה שלאחר המפץ הגדול.
קבוצה בהנהגתם של ולטר וגנר (קצין בטיחות גרעיני לשעבר, אשר התנגד בשעתו להפעלת מאיץ RHIC מסיבות דומות) ואוטו רסלר (ביוכימאי גרמני) הביעה ספקות בקשר לבטיחות של ה־LHC, וניסתה לבלום את תחילת הניסויים באמצעות עתירות שהוגשו לבתי־המשפט בארצות הברית ובאירופה.
הם טענו כי לניסויים יש פוטנציאל ליצירת חורים שחורים זעירים במהירות נמוכה, אשר עשויים לצבור מסה שמקורה בכדור הארץ או לשחרר קרינה מסוכנת, ובכך להוביל ל"תרחיש יום הדין" ולהשמדתו של כדור הארץ.
סיכונים אפשריים נוספים שהוצגו הם יצירה של מוזרונים, מונופולים מגנטיים ו.
בשנת 2003 בחנה קבוצת מדענים בשם "קבוצת חקר הבטיחות של LHC" (LHC Safety Study Group) את הניסויים המתוכננים.
הם הסיקו כי בדומה לניסויים קודמים, כגון מאיץ RHIC, אין בהפעלת LHC סכנה כלשהי.
בחינה נוספת של הראיות, שהזמינה CERN ב־2008, קבעה בשנית שהפעלת ה־LHC בטוחה, וזאת בהתחשב במחקרים נוספים שנערכו מאז הבחינה הראשונה, חמש שנים קודם לכן.
בחינה זו עברה ביקורת עמיתים והתפרסמה בכתב עת מדעי.
מסקנות המאמר הן כי ניתן לפסול את "תרחישי יום הדין" ב־LHC מאחר שהתנאים הפיזיקליים והאירועים הצפויים להתרחש בניסויים במאיץ מתרחשים למעשה באופן טבעי וקבוע ביקום, ללא תוצאות הרות־אסון.
באופן ספציפי, לגבי סכנה אפשרית בהיווצרותם חורים שחורים זעירים טוען המאמר שהתאוריה הנוגעת להתפרקותם באמצעות קרינת הוקינג מבוססת, ושאי־קיומו של חוק שימור הנוגע לכמות החורים השחורים מונע את אפשרות קיומם של חורים שחורים זעירים יציבים.
על פי המאמר, סדר הגודל של אורך חיי החורים השחורים צפוי להיות שניות.
בנוסף לכך, טוען המאמר ששכיחותם של אירועים בעלי אנרגיה שווה לאנרגיה בניסוי או גבוהה ממנה מתרחשים באופן תדיר ביקום, והיווצרותם של חורים שחורים זעירים יציבים הייתה אמורה להתגלות מזמן על פני כדור הארץ ובעזרת תצפיות אסטרונומיות על גרמי השמיים.
כצפוי החששות לגבי הבטיחות של ה־LHC גרמו להתעניינות תקשורתית רבה ולעניין ציבורי בפרויקט.
בשבועות שלפני הפעלת הניסוי נפוצו שמועות על כך שכדור הארץ צפוי כביכול להיהרס עקב פעולת המאיץ.
מספר רב של כתבות בישראל ובעולם התייחס לנושא, חלקן ברצינות וחלקן בהומור, ומדענים ניסו להרגיע את הציבור.
הניסיונות להסבר לא מיגרו את החששות מפני הפעלת המאיץ, שנפוצו ברחבי העולם, ואף הובילו נערה בת 16 מהודו לשלוח יד בנפשה.
אף על פי שהטענות על סכנה ממשית לכדור הארץ כנראה אינן מבוססות, הפעלת המאיץ מחייבת אמצעי בטיחות מיוחדים.
קרן הפרוטונים עלולה לגרום לפגיעה במגנטים במקרה של התנגשות הקרן עם קירות הצינור שבתוכו היא נעה.
בנוסף לכך, התנגשויות אלו, שלא ניתן למנוע אותן לחלוטין, יגרמו להפיכת החומרים שמרכיבים את הצינורות, את המנהרה ואת הגלאים לרדיואקטיביים.
עקב העומק שבו נמצא הניסוי (כ־100 מטר מתחת לפני האדמה), אין בכך סכנה כלשהי לציבור.
הפרוטונים שנעים במאיץ נוצרים במתקן הקרוי דואופלזמטרון (duoplasmatron).
מקורם בגז מימן שמוזרם פנימה ומיונן בעזרת אלקטרונים חופשיים שנפלטים מהקתודה.
גרעיני אטומי המימן, הפרוטונים, מכוונים בעזרת מגנטים לעבר האנודה ועוזבים את המתקן.
האנרגיה שלהם בשלב זה היא keV 92. האנרגיה מוגברת ל־keV 750 בעזרת מתקן הקרוי RF quadrupole.
מתקן זה, הבנוי כמשדר רדיו, משמש הן להאצה והן לריכוז הקרן.
בשלב זה קרן הפרוטונים מעוצבת בצורת קבוצות של פרוטונים (bunches).
כל קבוצת פרוטונים מכילה כ־100 מיליארד פרוטונים בצפיפות נמוכה למדי.
הפרוטונים ממשיכים משם לעבר אחד משני המאיצים הקוויים (Linac4).
המאיץ הקווי השני (Linac 3) משמש להאצת יונים של עופרת.
במוצא המאיץ הקווי מתקבלים פרוטונים בעלי אנרגיה של MeV 160. המאיץ הקווי הוא בעצם מהוד מחילה (cavity resonator) שמקבל גלי רדיו דרך גלבו ופולט קרינה אלקטרומגנטית בתדר התהודה שלו לעבר קרן הפרוטונים (אופן פעולתו דומה לאופן הפעולה של תנור מיקרוגל).
הפרוטונים עוברים מהמאיץ הקווי לסדרה של שלושה סינכרוטרונים מעגליים ששימשו בניסויים קודמים של CERN והותאמו לניסוי הנוכחי.
הראשון שבהם, ה־PSB (Proton Synchrotron Booster), שבנוי בצורת ארבע טבעות מקבילות, מעלה את האנרגיה ל־GeV 1.4. המאיץ השני, מאיץ PS (Proton Synchrotron), שהחל לעבוד בשנת 1959, מאיץ את הפרוטונים ל־GeV 28. אורכו 628 מטרים בלבד.
המאיץ השלישי, מאיץ SPS (Super Proton Synchrotron), מוציא פרוטונים בעלי אנרגיה של GeV 450. פרוטונים אלו מוכנסים לטבעת הגדולה של ה־LHC.
שרשרת המאיצים הזו תעבוד בתפוקה מלאה בעת מילוי הפרוטונים לתוך ה־LHC.
כשמספר קבוצות הפרוטונים ב־LHC מגיע ל־2,808 קבוצות, מאיצי הביניים מפסיקים את פעולתם.
חלקו המרכזי של מאיץ ה־LHC ממוקם במנהרה טבעתית באורך 26,659 מטרים שנבנתה עבור מאיץ LEP.
מאיץ LEP, שסיים את פעולתו בשנת 2000, האיץ אלקטרונים ופוזיטרונים ומבנהו לא התאים להאצת פרוטונים.
על כן היה צורך להרכיב במנהרה מאיץ חדש.
המאיץ החדש בנוי בצורת צינור שבו שני צינורות חלולים סמוכים.
שני הצינורות מוליכים פרוטונים בכיוונים מנוגדים.
הצורך במאיץ תת־קרקעי נבע מהרצון להקטין את השפעת הקרינה קוסמית על רישומי הגלאים, ומהדרישה להקטין את סכנת החשיפה לקרינה רדיואקטיבית עקב הפיכתם של חומרים בצינור המאיץ ובסביבתו לרדיואקטיביים לאחר פגיעה של פרוטונים אנרגטיים.
לצורך הובלת הפרוטונים במסלול טבעתי משתמשים ב־1,232 מגנטים דיפוליים שמייצרים שדה מגנטי של 8.33 טסלה.
השדה המגנטי גורם לכוח לורנץ שפועל על הפרוטונים כלפי מרכז המעגל.
על כל אחד מצינורות הפרוטונים יש להפעיל שדה מגנטי הפוך בכיוונו, משום שהפרוטונים נעים בכיוונים מנוגדים.
בניית המגנטים הללו היוותה את אחד האתגרים הטכנולוגיים הגדולים של מאיץ ה־LHC והם מרכיבים אחוז נכבד מעלות המאיץ.
הם בנויים מחומר מוליך־על ולצורך פעולתם המאיץ כולו מקורר לטמפרטורה של 271.25־ מעלות צלזיוס (1.9 מעלות בלבד מעל האפס המוחלט) בעזרת הליום במצב של נוזל־על.
חלק ניכר מצריכת החשמל האדירה של המאיץ, 120 מגה־ואט בממוצע ו־180 מגה־ואט בקיץ, משמש לקירורו.
בתוך המאיץ יש תנאי ריק שנועדו למנוע התנגשות של הפרוטונים עם מולקולות האוויר.
לחץ האוויר בצינורות המאיץ עומד על אטמוספירות בלבד.
לפרוטונים הנעים במאיץ הראשי יש אנרגיה של TeV 7 (כלומר, סך של TeV 14 בהתנגשות).
הם מואצים בעזרת מהודי מחילה המפוזרים לאורך המאיץ.
מגנטים קוואדרפוליים שמוצבים בסמוך לנקודות האינטראקציה נועדו לרכז את קרן הפרוטונים שמתרחבת עקב התנגשויות בין פרוטונים באלומה והתנגשויות עם מולקולות האוויר המעטות שנותרו בצינור.
אורכה של קבוצת פרוטונים עומד על כמה סנטימטרים, ואילו קוטרה משתנה בין מילימטר אחד כשהיא רחוקה מנקודות האינטראקציה ובין 16 מיליוניות מטר לאחר הריכוז שמבצעים המגנטים הקוואדרפוליים.
בסך הכל מוצבים לאורך חלקו המרכזי של ה־LHC כ־9,300 מגנטים המשמשים לכיוון הקרן, ו־16 מהודי מחילה, 8 לכל קרן, המשמשים לשמירה על אנרגיה קבועה של הפרוטונים.
ללא המהודים האנרגיה עלולה לרדת כתוצאה מקרינה סינכרוטרונית.
מרווח הזמן בין כל שתי קבוצות פרוטונים עומד על 25 ננו־שניות (שקול ל־7 מטרים וחצי בעת תנועה במהירות האור), כלומר הן חוצות את נקודות האינטראקציה בקצב של 40 מגה־הרץ.
לפי התכנון המקורי, במהלך שלוש השנים הראשונות יעבוד המאיץ בקצב התנגשויות נמוך, כלומר כמות הפרוטונים בכל קבוצה יהיה נמוך יחסית.
בממוצע תתרחשנה שתי אינטראקציות בעת חציית שתי קבוצות המגיעות מכיוונים מנוגדים לנקודת ההתנגשות.
לאחר שלוש שנים אלו המאיץ ישודרג וקצב ההתנגשויות צפוי לעלות פי 10. בשלב מתקדם יותר של הפעלת המאיץ ייתכן שדרוג נוסף.
ברוב האינטראקציות בין שני פרוטונים יתרחש פיזור פרוטונים בלבד.
התהליכים המעניינים יותר הם אלו שבהם ייווצרו חלקיקים חדשים.
בתהליכים אלו מעורבים רק שני מרכיבים של הפרוטונים: קווארק או גלואון מהפרוטון הראשון וקווארק או גלואון מהפרוטון השני.
אי לכך, רק חלק מסכום האנרגיות של שני הפרוטונים (TeV 14) זמין באינטראקציה לצורך יצירת חלקיקים חדשים.
ניתן יהיה להשתמש ב־LHC גם כדי להאיץ יונים.
אלו יהיו גרעיני עופרת בעלי מטען חשמלי חיובי של e 82+ (e מסמל את מטענו של פוזיטרון אחד).
אנרגיית ההתנגשות במצב כזה תהיה TeV 1,150. האנרגיה הגבוהה מושגת בזכות מסת המנוחה הגבוהה של הגרעינים עצמם ובזכות מהירות תנועתם.
היונים שיתחילו את מסלולם במאיץ הקווי המכונה LINAC1 יעברו דרך שאר המאיצים, בדומה לפרוטונים.
הזמן שיוקצב לניסויי יונים צפוי להיות קטן יחסית.
חמישה מכשירי ניסויים נבנו עבור ה־LHC.
שניים מהם, ניסוי ATLAS (ATLAS) וניסוי CMS, הם גלאי חלקיקים גדולים ו"רב־תכליתיים".
שניים נוספים (LHCb ו־ALICE) הם בגודל בינוני, ולהם תפקידים ייחודיים יותר.
נלווים אליהם שני ניסויים קטנים: TOTEM ו־LHCf.
בקצב התנגשויות מלא (high luminosity) תתרחשנה מיליארד אינטראקציות בשנייה, אולם הגלאים לא יוכלו להתייחס לכולן בנפרד משום שמספר אינטראקציות המתרחשות בעת מעבר אחד של שתי קבוצות פרוטונים דרך נקודת אינטראקציה נרשמות יחד ברכיבי הזיכרון (אין אפשרות להפריד ביניהן).
כאמור, לפי ההנחה רוב האינטראקציות הללו לא ישאו מידע מעניין וההתייחסות אליהן תהיה כ"רעש רקע" של האינטראקציות המעניינות.
אם כך, בשלב הראשון יירשמו ברכיבי הזיכרון כ־40 מיליון אירועי אינטראקציה בשנייה, וזאת בהתאם לקצב המעבר של קבוצות הפרוטונים דרך נקודות האינטראקציה.
מתוך 40 מיליון האירועים, הניסויים הגדולים (אטלס ו־CMS) ירשמו רק כ־100 אירועים לשנייה בזיכרון לטווח ארוך.
אלו יהיו אירועים שיעברו מספר שלבי סינון (trigger), ועל כן הם יהיו מועמדים להכיל תהליכים מעניינים במיוחד.
האירועים הללו ינותחו מאוחר יותר על ידי פיזיקאים החברים בניסוי.
כמות המידע שתיווצר בניסויים השונים של מאיץ LHC צפויה להיות מסדר גודל של 15 פטה־בייט לשנה, וזאת לאחר סינון אינטנסיבי של אירועים המקושרים לתהליכים מוכרים בכל אחד מהניסויים.
שמירת המידע ועיבודו תתבצע בזכות תשתית מחשוב סריגי גדולה הקרויה LCG (LHC Computing Grid).
תשתית זו נבנתה במקביל לבניית המאיץ ונוסתה בעת ביצוע הדמיות רחבות היקף לפני תחילת הניסויים.
המידע יגובה בעזרת הקלטה על סרט מגנטי בתוך CERN.
המאיץ המרכזי הופעל לראשונה ב־10 בספטמבר 2008 בשעה 9:30 (שעון שווייץ).
בהפעלה זו נבדקה תנועת קרן הפרוטונים בשני הכיוונים, אולם טרם התבצעו התנגשויות בין קבוצות פרוטונים.
כעבור יום אחד התגלה כשל תפקודי בשנאי שמשקלו 30 טון המשמש בתהליך קירור המגנטים הדיפוליים לטמפרטורה של 1.9 קלווין.
אחרי תיקון התקלה, הופעל המאיץ מחדש.
ב־19 בספטמבר 2008 הופסקה הפעילות עקב התחממות מספר מגנטים דיפוליים הנמצאים בקטע שבין גלאי אליס לגלאי CMS.
כתוצאה מהתחממותם בכ־100 מעלות צלזיוס הם הפסיקו לתפקד כמוליכי־על.
התברר שהתקלה נבעה ככל הנראה מחיוט שגוי של כבלי החשמל למגנטים.
החיוט השגוי גרם לקצר חשמלי שבעקבותיו התרחשה דליפה של טון הליום לתוך המאיץ.
על מנת לתקן את התקלה במאיץ, יש לחמם תחילה את המגנטים, משום שרק כך ניתן לגשת אליהם ולטפל בהם.
אחר כך יש לקרר אותם שוב לצורך הפעלתם כמוליכי־על.
הקירור אורך גם הוא כחודש.
במקביל יש לשאוב את ההליום מתוך המאיץ.
בדצמבר 2008 יצאה הודעה מטעם מנהלי הפרויקט כי התקלה חמורה משחשבו, כתוצאה מהקשת החשמלית ודליפת ההליום שארעה אחרי פתיחת המגנטים נגרם נזק לחלק מהקטעים שבתחום 23 עד 31, בחלקם נזק קריטי שכולל הריסת מעטפת ופגיעה בבסיס הבטון.
ניסוי ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) הוא גלאי חלקיקים רב־תכליתי שנועד לגלות את החלקיקים החדשים שייווצרו בניסוי ואת תוצרי הדעיכה שלהם.
גילוי תוצרי הדעיכה של חלקיקים קצרי־חיים יאפשר את שחזורם המלא.
ניסוי ATLAS ממוקם בתוך אולם תת־קרקעי גדול, והוא בנוי בצורה של גליל שקוטרו 22 מטר ואורכו 44 מטר.
הניסוי עצמו מורכב ממיליוני חיישנים השייכים ל־4 אזורי גילוי עיקריים:
הגלאי הפנימי – נמצא סביב נקודת האינטראקציה ונועד למדוד את מסלולם של חלקיקים טעונים.
סביב הגלאי הפנימי ממוקם מגנט סולנואידי (בצורת סליל), שגורם להטיית מסלול החלקיקים הטעונים ומאפשר מדידה של המטען החשמלי והתנע שלהם.
קלורימטר אלקטרומגנטי – ממוקם מסביב לגלאי הפנימי, ונועד למדוד את האנרגיה של פוטונים, אלקטרונים ופוזיטרונים שנעצרים בו.
קלורימטר האדרוני – ממוקם מסביב לקלורימטר האלקטרומגנטי, ונועד למדוד את האנרגיה של האדרונים שנעצרים בו.
ספקטרומטר מיואונים – ממוקם במעטפת החיצונית של הגלאי ומשולב יחד עם מערכת של מגנטים טורואידיים, בעלי שדה מגנטי מעגלי.
הספקטרומטר נועד לספק מדידות תנע ומטען של מיואונים, וזאת בנוסף למדידות דומות שנעשות בגלאי הפנימי.
מיואונים, שמגיבים באופן חלש עם הקלורימטרים, הם בין החלקיקים הבודדים שיכולים לצאת מהגלאי.
נוכחות של מיואונים אנרגטיים מהווה סימן לחלק מהתהליכים שאותם מבקשים לגלות בעזרת מאיץ LHC, ועל כן יש חשיבות למדידה מדויקת שלהם.
ספקטרומטר המיואונים מורכב מארבעה סוגי חיישנים, שאחד מהם (TGC) תוכנן במכון ויצמן למדע על ידי צוות שבראשו עמד פרופ' גיורא מיקנברג.
רוב יחידות ה־TGC יוצרו במכון ויצמן ונבדקו באוניברסיטת תל אביב ובטכניון.
חלקם הקטן נבנה בסין וביפן.
מתוך כמיליארד אינטראקציות בשנייה, המתרחשות ב־40 מיליון מעברים של קבוצות פרוטונים האחת דרך השנייה, יכולה מערכת אחסון המידע של אטלס לשמור 100 אירועים בשנייה לכל היותר.
חלק מחיישני המיואונים (TGC ו־RPC), יחד עם המידע שמגיע מהקלורימטרים, נועדו לספק טריגר (trigger) לאטלס.
הטריגר אמור להחליט תוך זמן קצר אם אירוע התנגשות ספציפי מכיל מידע מעניין ויש טעם לשמור אותו בזיכרון, או שמא עדיף למחוק אותו ולפנות את הזיכרון לאירועים אחרים.
הטריגר מורכב משלושה שלבים, כשהראשון מיושם בחומרה.
ישראל הייתה שותפה בתכנון מנגנון הטריגר של אטלס.
לאטלס יש יכולת לאתר גם חלקיקים שאין להם אינטראקציה עם החיישנים שלו.
הדבר נעשה באמצעות מדידת גודל הקרוי "אנרגיה חסרה".
ערכה של האנרגיה החסרה מוסק מתוך מדידת האנרגיה והתנע של החלקיקים שמגיבים עם חיישני הגלאי.
על ידי שימוש בחוק שימור האנרגיה ובחוק שימור התנע, לפיהם האנרגיה והתנע לפני ההתנגשות שווים לאנרגיה ולתנע אחריה, ועקב העובדה שהקווארקים או הגלואונים שנוטלים חלק באינטראקציה נושאים תנע בעיקר בכיוון תנועת קרן הפרוטונים, ניתן למצוא אנרגיה ותנע חסרים במישור שמאונך לכיוון תנועת הקרן (הוא קרוי המישור הטרנסוורסיאלי).
ערך גבוה של אנרגיה חסרה יכול להצביע על מעבר של חלקיק שלא הגיב עם הגלאים, דוגמת הנייטרלינו, חלקיק סופר־סימטרי שמועמד להוות מרכיב מרכזי של החומר האפל ביקום.
ניסוי CMS (Compact Muon Solenoid) הוא אחד משני הניסויים הגדולים של LHC.
הניסוי בנוי סביב אחת מנקודות האינטראקציה של המאיץ וממוקם בצרפת, סמוך לגבול עם שווייץ.
גודלו דומה לגודלו של ניסוי ATLAS ומטרותיו זהות.
ההחלטה לבנות שני ניסויים בעלי אותן מטרות נועדה לספק אמצעי בדיקה נוסף במקרה של גילויים חשובים.
בדומה לאטלס, CMS מכיל ארבעה חלקים עיקריים:
החלק הפנימי (tracker) הוא גלאי סיליקון שנועד למצוא מסלולים של חלקיקים טעונים.
הוא בנוי משתי שכבות הנבדלות בגודל הגלאים.
גלאי הסיליקון בשכבה הפנימית קטנים יותר על מנת לאפשר רזולוציה גבוהה בקרבת נקודת האינטראקציה, היכן שכמות החלקיקים ליחידת נפח צפויה להיות גדולה יותר.
קלורימטר אלקטרומגנטי שנועד למדוד אנרגיה של פוטונים, אלקטרונים ופוזיטרונים.
הקלורימטר מורכב מסינטילטורים גבישיים, שעשויים בעיקר מעופרת טונגסטט (PbWO4).
הסינטילטורים מייצרים פוטונים כתוצאה ממעבר חלקיקים אנרגטיים דרכם.
הפוטונים נאספים על ידי פוטודיודות.
קלורימטר האדרוני שנועד למדוד אנרגיה של האדרונים.
הקלורימטר ההאדרוני בנוי משכבות של מתכת, שבה החלקיקים מגיבים עם החומר, וסינטילטורים.
האור שמיוצר על ידי הסינטילטורים נאסף בעזרת פוטודיודות.
גלאי מיואונים שמודד את המסלול ואת התנע של המיואונים, חלקיקים שמצליחים לעבור את חלקיו הפנימיים יותר של גלאי.
גלאי המיואונים מורכב ממספר סוגים של תאי יינון שיכולים לגלות את המיקום ולמדוד את רגע החצייה של חלקיקים טעונים שעוברים דרכם.
ההבדל המרכזי בין המבנה של CMS למבנה של אטלס הוא מיקום המגנטים שנועדו לכופף את מסלולם של חלקיקים טעונים ובכך לאפשר את מדידת המטען החשמלי שלהם ואת התנע.
המגנט המרכזי של CMS, מגנט סולנואיד עשוי ממוליך על, המסוגל ליצור שדה מגנטי של 4 טסלה, ממוקם מסביב לקלורימטרים ומשפיע על שלוש שכבות הגילוי הפנימיות, בניגוד למגנט דומה באטלס שממוקם סביב הגלאי הפנימי בלבד.
ב־CMS, כמו באטלס, מגנט נוסף ממוקם בתוך גלאי המיואונים.
הוא נועד לעקם את מסלולם של המיואונים ולאפשר מדידה מדויקת נוספת של המטען ושל התנע שלהם.
חשיבותם של חלקיקים אלו בתהליכים רבים, כמו למשל בתהליכים שבהם עשויים להיווצר בוזוני היגס או חלקיקים סופר־סימטריים, והעובדה שהם לא נבלעים בקלורימטרים, הייתה שיקול מרכזי בבניית גלאי המיואונים הגדולים בשני הניסויים.
ניסוי LHCb (LHC־beauty) נועד לבצע מדידות של אירועים בהם נוצרים מזונים מסוג b, המכילים את הקווארק התחתון .
הוא נועד לחקור את ההתפרקויות של מזונים אלו ולנסות לשפר את ההבנה של מנגנוני שבירת סימטריית CP.
שבירת סימטריית CP מהווה תנאי חיוני בתאוריות המסבירות את ההפרש הגדול בין כמות החומר והאנטי־חומר ביקום, הפרש שמקורו בשלב הבאריוגנזה שהתרחש זמן קצר לאחר המפץ הגדול.
החלקיקים שנוצרים כתוצאה מהתפרקות מזוני b צפויים לנוע בזווית קטנה יחסית לאלומת הפרוטונים, ועל כן הניסוי כולו נבנה לאורך צינור הפרוטונים, ולא מסביב לנקודת האינטראקציה כמו ניסוי ATLAS או CMS.
הגלאים השונים בניסוי נועדו לאתר את הנקודה המדויקת בה המזונים התפרקו (הם צפויים לעבור כמה סנטימטרים לפני התפרקותם), ולזהות את תוצרי ההתפרקות.
מדידת אופני ההתפרקות השונים תאפשר את חישובם של פרמטרים הקשורים לשבירת סימטריית CP.
ניסוי אליס (A Large Ion Collider Experiment) מיועד לחקור אירועי התנגשות של יוני עופרת.
בניגוד לניסויי אטלס ו־CMS, שיכולים גם הם לחקור אירועים כאלו, ניסוי אליס מיועד באופן בלעדי לבדיקת התוצרים של התנגשויות יונים מסיביים באנרגיה גבוהה.
הוא נועד בעיקר לבדוק את אפשרות יצירת מצב מסוים של חומר הקרוי פלזמת קווארקים־גלואונים.
משערים שחומר במצב זה שרר ביקום במהלך השנייה הראשונה לאחר המפץ הגדול, לפני שנוצרו ההאדרונים הראשונים.
מצב זה מתאר חומר שבו הקווארקים והגלואונים אינם כלואים יחד בתוך ההאדרונים.
מטרה נוספת של אליס היא הבנת מקור המסה של הנוקליאונים.
ידוע שמסה זו גדולה בהרבה ממסות הקווארקים שמרכיבים אותם, והסיבה לכך לא מובנת די צורכה.
רוב הגלאים של אליס מוצבים בתוך מגנט גדול שמעקם את מסלולם של חלקיקים טעונים.
מספר שכבות של גלאי מסלול מסוגים שונים מוצבים סביב נקודת האינטראקציה.
זיהוי החלקיקים מתבצע בעזרת גלאים ייחודיים, כמו גלאי פוטונים, קלורימטר אלקטרומגנטי וגלאי מיואונים.
הגלאים משמשים לשחזור המצב של פלזמת קווארקים־גלואונים על ידי מדידת תכונותיהם של ההאדרונים ושאר החלקיקים שנוצרים לאחר שהפלזמה מתקררת.
הוא מודד את הכמות של הפרוטונים שמתפזרים בזוויות נמוכות מאוד יחסית לקרן הפרוטונים.
TOTEM מורכב מגלאים שמוצבים בסמוך לקרן הפרוטונים.
בעת פעולה יציבה של המאיץ, הגלאים מתקרבים עד כדי מילימטר אחד מהקרן, ופרוטונים שיסטו מהקרן יתגלו בעזרת הגלאים.
מדידת הכמות שלהם יכולה לסייע במציאת הנוהר (luminosity) – שטף החלקיקים במאיץ.
מדידה מדויקת של הנוהר, שקשור לקצב ההתנגשויות ב־LHC, חיונית לצורך כיול התוצאות של שאר הניסויים.
היות שפיזור הפרוטונים תלוי בגודלם, ניסוי TOTEM יכול לסייע גם במדידת קוטרו של הפרוטון.
תפקידו לגלות פאיונים שנוצרים בעת האינטראקציה בין הפרוטונים ונעים בזוויות נמוכות מאוד יחסית לקרן הפרוטונים.
מדידת הכמות והאנרגיה שלהם יכולה לסייע בהבנת התנהגותן של קרניים קוסמיות בעלות אנרגיה גבוהה מאוד (ultra high energy cosmic rays).
מאז 1994 השתתפו מדענים ישראלים באחד משני הניסויים המרכזיים של LHC, ניסוי ATLAS.
שלוש קבוצות מחקר מישראל, ממכון ויצמן למדע, מאוניברסיטת תל אביב ומהטכניון, נטלו חלק בתכנון אחד מסוגי גלאי המיואונים של הניסוי (גלאי TGC).
בניית הגלאים, ששטחם הכולל עומד על כ־7,200 מ"ר, נעשתה ברובה בישראל; חלק קטן מהגלאים נבנה ביפן ובסין על פי התכנון הישראלי.
לאחר תום שלב פיתוח, שארך כשש שנים, הוקדשה תקופה דומה לבניית הגלאים.
הרכבת הגלאים במקומם, שבה השתתף צוות ישראלי, ארכה כשנתיים והסתיימה ב־2008.
מדינת ישראל, בעיקר באמצעות הקרן הלאומית למדע, השתתפה במימון בניית גלאי החלקיקים "אטלס", בסכום של כ־10 מיליון דולר.
ראש קבוצת המחקר הישראלית בניסוי ATLAS הוא גיורא מיקנברג.
כעת שותף הצוות הישראלי בהפעלת הגלאי, בפיתוח גלאים עתידים לשדרוג הגלאי הקיים ובעיקר בניתוח של הנתונים.
פברואר 2013 סגירת המאיץ לשנתיים לצורך שדרוג.
אפריל 2015 השלמת השדרוג והפעלה מחדש.
4 בנובמבר 2015סגירת מאיץ LHC לצורך עבודות תחזוקהפירוק ושיפוץ גלאי CMS בעקבות אי דיוקים25 במרץ 2016השלמת השדרוג והפעלה מחדש27 במאי 2017תחילת ניסוי התנגשות פרוטון־פרוטון18 בנובמבר 2018סיום ניסוים בהתנגשות פרוטונים10 בדצמבר 2018הפסקת הניסויים עד סוף 2021, לשם תחזוקה ושיפוץ5 ביולי 2022חידוש הניסויים
מאיירהופן היא עיירת נופש בעמק צילרטל שבמדינת טירול, אוסטריה.
מאיירהופן ממוקמת במרחק של כשעת נסיעה מעיר הבירה של טירול, אינסברוק.
העיירה מציעה מגוון פעילויות ספורט חורפיות וקיציות דוגמת: סקי, סנובורד, טיפוס הרים, רכיבה על אופניים ומצנחי רחיפה.
מאיירהופן ממוקמת סמוך לקרחון הינטרטוקס , שגובהו 3,250 מטר ובו הגלישה אפשרית לאורך כל השנה.
מאיירהופן נמצאת בין ההרים פֶּנְקֶן (Penken) ואָהוֹרְן (Ahorn) שמספקים 170 ק"מ של מסלולי סקי בחורף, ומסלולי טיולים ואופניים בקיץ.
על הר אהורן יש בעיקר מסלולים קלים ובינוניים, אך יש בו גם מסלול אדום תלול ששימש בעבר כמסלול דאונהיל בסבב הגביע העולמי אך הוצא לאחר שהוגדר כמסוכן מדי.
בהר פנקן ניתן למצוא את המסלול התלול ביותר באוסטריה – חרקירי (Harakiri) – כמו גם מגוון רחב של מסלולים לכל רמות הקושי.
מאיירהופן נמצאת בלב מרחב גלישה הקרוי Super Zillertal, שכולל 10 מרחבי גלישה ו-649 ק"מ של מסלולים בסקי פס אחד.
כל מרחבי הגלישה נגישים ממאיירהופן באמצעות רכבת, ואילו לעיירות פינקנברג (Finkenberg), לָנֵרְסבָּאך (Lanersbach) ושוונדאו (Schwendau) אפשר להגיע גם בגלישה ישירה.
אל פנקן ניתן להגיע באמצעות מעלית גונדולה הממוקמת ברחוב הראשי של העיירה, סמוך למלון Sport Hotel Strass שבמרכזה, בעוד שהרכבל המוביל לאהורן נמצא בדרום העיירה.
החל משנת 2008 רכבל זה, שיכול לשאת עד 160 נוסעים, נחשב לגדול ביותר באוסטריה.
מאיירהופן נחשבת לעיירה פופולרית בקרב גולשי סנובורד, ויש בה סנופארק גדול בחסות חברת Vans.
מדי שנה בסוף עונת הסקי (בדרך כלל תחילת אפריל) מארחת מאיירהופן פסטיבל מוזיקה אלקטרונית גדול הקרוי Snowbombing.
הפסטיבל, שנוסד בשנת 2000 ומתקיים במאיירהופן מאז שנת 2005, מנוהל על ידי בריטים ועל כן מושך אלפי צעירים מהממלכה המאוחדת.
במהלך שבוע הפסטיבל מופיעים ברחבי העיירה די.ג'ייז מובילים מהסצנה האלקטרונית העולמית וכן מתקיימות מסיבות, תחרויות והופעות חיות רבות.
מאיץ חלקיקים הוא מתקן המגביר את מהירותם של חלקיקים על ידי העברתם בשדות חשמליים ומגנטיים.
הגברת המהירות שקולה למתן אנרגיה קינטית גבוהה לחלקיקים, המאפשרת ביצוע ניסויים פיזיקליים מגוונים.
מדענים משתמשים בחלק ממאיצי החלקיקים כדי לגרום להתנגשות של חלקיקים נעים במטרה נייחת או בחלקיקים נעים אחרים.
את ההתנגשות מכוונים כך שתתרחש באזור של גלאי חלקיקים המאפשרים מעקב מתועד אחר תוצרי ההתנגשות.
לימוד ועיבוד המידע הנאסף בגלאים מאפשר לפענח ולהבין את תכונותיהם של החלקיקים המרכיבים את החומר ביקום ואת הכוחות שמועברים ביניהם.
אנרגיית התנגשות גבוהה יותר מאפשרת הצצה עמוקה יותר למבנה החומר וכוחות היסוד.
בין השאר התגלו באמצעות מאיץ חלקיקים בוזוני W ו-Z והיסודות קליפורניום, מנדלביום, ניהוניום, מוסקוביום, טנסין ואוגנסון.
מאיצי החלקיקים הגדולים בנויים בצורת טבעת גדולה של אלקטרומגנטים.
בעזרת שליטה על הזרם ניתן לשלוט בשדות האלקטרומגנטיים.
השדה המגנטי בתורו מכוון את החלקיקים הטעונים.
בנוסף שדה חשמלי חזק מאיץ את החלקיקים למהירויות גבוהות.
מאיצי חלקיקים גדולים קיימים במרכז המחקר CERN שעל גבול שווייץ-צרפת (מרכז המחקר האירופי לפיזיקת חלקיקים), ובארצות הברית – פרמילאב.
היקף הטבעת הגדולה ביותר במאיץ LHC ב-CERN הוא כ-27 קילומטר.
צריכת החשמל של המאיץ כה גדולה עד כי הפעלתו מוגבלת לחודשי הקיץ.
מתוכננים מאיצים גדולים יותר שיוכלו להאיץ חלקיקים למהירויות גדולות יותר על מנת לגלות את צפונות החומר.
תותח אלקטרונים הוא מאיץ חלקיקים קווי – אלקטרונים מואצים דרכו בהשפעת מתח חשמלי.
תותח אלקטרונים הוא מרכיב בשפופרת קרן קתודית שהייתה בשימוש נרחב בטלוויזיות ובצגי מחשב עד תחילת המאה ה-21.
שימושים אחרים של מאיצי חלקיקים
כאשר חלקיק טעון כגון אלקטרון נע במעגל (כלומר מאיץ צנטריפטלית), נפלטת קרינה אלקטרומגנטית המכונה קרינת סינכרוטרון.
בקרינה זאת ניתן להשתמש לצורך ניסויים שונים.
בשנים האחרונות נבנו מספר מאיצי אלקטרונים שלא על מנת לחקור חלקיקים אלמנטריים, אלא כדי לייצר קרינת רנטגן בהירה ומרוכזת המשמשת ברפואה, ביטחון, ולניסויים שונים בפיזיקה של חומרים, בכימיה, בביולוגיה מולקולרית, הנדסת חומרים, ועוד.
התקן נסיוני נוסף הנקרא לייזר אלקטרונים חופשיים (FEL) עושה שימוש באלקטרונים המואצים כתווך מעורר ללייזר.
ההתקן, המתבסס על אפקט קומפטון, מאפשר הפקת קרינה קוהרנטית ומרוכזת באורך גל הניתן לשינוי.
זאת להבדיל מקרינת סינכרוטרון, שאינה קוהרנטית.
מאיצי חלקיקים משמשים גם כספקטרומטר מסות.
עד שנות השלושים הייתה הקרינה הקוסמית המקור היחיד לחלקיקים חדשים.
החלקיקים הקוסמיים אנרגטיים מאוד ובעלי יכולות מעולות לניפוץ נוקלאונים וליצירת חלקיקים חדשים - בהם הפיזיקאים מבצעים ניסויים רבים.
עד לאותה עת הדרך היחידה לבצע ניסויים בחלקיקים כאלו הייתה על ידי שיגור אמצעי מדידה, לרוב בדמות סרטי צילום, אל האטמוספירה.
החסרון העיקרי בשיטה זו היא שאין למבצעי הניסוי שליטה על תנאיו ולעיתים היה צריך להמתין ארוכות ולעבור על פני מאות ואלפי צילומים כדי לבדוק אם הם מכילים במקרה את המידע הדרוש.
לכן שאפו הפיזיקאים לחקות במעבדה את התהליכים הנוצרים על ידי החלקיקים הקוסמיים הראשונים, מה שהוביל אותם להאיץ חלקיקים טעונים - פרוטונים ואלקטרונים - למהירויות גבוהות, שכן ההאצה מקנה אנרגיה לחלקיק.
תפנית חלה בשנים 1928-1932 אז החלו בבניית מאיץ החלקיקים הראשון במעבדתו של ארנסט רתרפורד באוניברסיטת קיימברידג'.
במאיץ הראשון היה שנאי גדול ומיישר זרם, אשר יצרו מתח של מאות אלפי וולטים בין שתי אלקטרודות, שאחת הקיפה את השנייה.
מתוך האלקטרודה הפנימית שוחררו פרוטונים, שנוצרו באמצעות יינון של אטומי מימן, ונפלטו דרך חור באלקטרודה החיצונית באנרגיה של עד חצי MeV (מיליון אלקטרון-וולט).
היסוד הראשון שנופץ בידי פרוטונים אלה היה ליתיום, שגרעינו נופץ במפגש ונוצרו 2 גרעיני הליום.
נקודת מפנה בהתפתחות המאיצים נזקפת לארנסט לורנס, אשר המציא ב-1931, יחד עם לוינגסטון, את המאיץ המכונה ציקלוטרון (מהמלה היוונית ציקלוס, שפרושה מעגל).
הציקלוטרון הכיל מסלול מעגלי, מוקף אלקטרו-מגנטים.
חלקיקים הואצו בהשפעת השדה החשמלי והמגנטי.
הציקלוטרון הראשון היה בקוטר של כ-4.5 אינץ' (כ-11.5 ס"מ), עם מתח של 1800 וולט והאיץ יוני מימן ל 80KeV.
כבר ב-1932 בנה לורנץ מאיץ חלקיקם גדול יותר (כ-70) ס"מ ואנרגיה של 4.8 MeV.
בהמשך נבנו מאיצים גדולים וכבדים הרבה יותר ופתחו תקופה חדשה בחקר החלקיקים.
ייחודו של המבנה המעגלי הוא באפשרות להאיץ חלקיקים למהירויות גבוהות תוך השקעה כספית נמוכה יחסית.
העיקרון שעליו מבוססת פעולת המאיץ, הוא אותו עקרון שבעזרתו מואצים אלקטרונים בשפופרת קרן קתודית.
בין שני גופי מתכת, אלקטרודות, הטעונים במטענים חשמליים מנוגדים, שורר שדה-חשמלי.
על חלקיק הנמצא בשדה, בין 2 האלקטרודות, פועל כוח (אם מטען החלקיק חיובי, הכוח הפועל הוא בכיוון השדה ואם מטען החלקיק שלילי – הפוך).
כוח זה גורם לתאוצה של החלקיק, כלומר לגידול מתמיד של מהירותו.
עוצמת השדה החשמלי שווה למתח החשמלי שבין האלקטרודות חלקי המרחק שביניהן.
הכוח הפועל על החלקיק שווה למכפלה של הכוח שפועל עליו, במרחק שהחלקיק עובר בהשפעת הכוח.
את האנרגיה הקינטית של החלקיק מודדים ב־eV (אלקטרון-וולט= ארג).
א"ו אחד היא האנרגיה שרוכש חלקיק שמטענו שווה למטען היסודי כאשר הוא מואץ במתח של וולט אחד.
נדמה, אם כך, שהדרך הפשוטה להשיג אנרגיה יותר גבוהה היא בעזרת הגדלת המתח החשמלי במאיץ.
אך יש גבול למתח הסטטי שניתן לקיים בין אלקטרודות.
כאשר המתח גדול מספיק מתחולל תהליך המכונה פריצה.
המטען החשמלי עובר מאלקטרודה אחת לשנייה תוך יצירת ברק, או שהוא עובר דרך חומרי הבידוד ומתארק לאדמה.
בעזרת שיפורים בחומרי הבידוד ותכנון מוקפד ניתן לייצר מתח סטטי בסדר גודל של כמה מיליוני וולטים אך זה עדיין לא מספיק.
ניתן להתגבר על מגבלה זו בעזרת שימוש במאיץ מעגלי.
במקום לייצר מתח סטטי אדיר אחד, שנותן האצה ב"דחיפה" אחת לחלקיק, מעבירים את החלקיק במסלול מעגלי מספר רב של פעמים שכל פעם הוא מקבל "דחיפות" קטנות ומהירותו עולה בהדרגה.
גם במאיץ מעגלי ישנם בעיות שמהנדסי המאיצים נאלצים להתגבר עליהן.
אחת הבעיות היא הפסדי אנרגיה בגלל הקרינה האלקטרומגנטית שפולט חלקיק טעון חשמל הנע בתאוצה.
תנועה במסלול מעגלי, אפילו במהירות קבועה, היא תנועה מואצת משום שכיוון המהירות משתנה בלי הרף (תאוצה צנטריפטלית).
כאשר החלקיקים הטעונים נעים במהירות גבוהה במסלולם המעגלי הם פולטים אנרגיה אלקטרומגנטית רבה ולכן מפסידים אנרגיה קינטית.
על עניין זה מתגברים באמצעות הגדלת קוטר המאיץ.
ככל שהקוטר גדול יותר ככה עיקום המסלול קטן יותר.
מאיצי חלקיקים מתחלקים לשתי קבוצות: מאיצים קווים ומאיצים מעגליים.
שני מבני המאיצים במכון הראשון והשני הוא מאיץ חלקיקים מסוג מאיץ טנדם.
המגדל המאכסן את המאיץ,המהווה אייקון אדריכלי בקמפוס ,תוכנן על ידי האדריכל משה הראל
במאיץ קווי (באנגלית Linac = Linear accelarator) החלקיק עובר את כל שלבי המאיץ פעם אחת.
עקב הבדלי המסה והבדלים נוספים בין אלקטרונים לפרוטונים, מאיצי אלקטרונים שונים באופן פעולתם ובמרכיביהם במקצת ממאיצי פרוטונים, אך לשניהם אופן פעולה ומבנה דומה.
החלקיק יוצא ממאיץ התחלתי מקדים, המהווה מקור לחלקיק, הכולל סליל חימום, ובו מתח סטטי של כמיליון וולטים (כאמור, המאיץ ההתחלתי שונה במקרה בו רוצים להאיץ אלקטרונים או פרוטונים).
מהמקור החלקיקים עוברים דרך כמה צינורות מתכת גליליים המחוברים למקור מתח חילופין.
מתח החילופין בין הצינורות מופעל בתדירות כזו, שכאשר אלומת החלקיקים נמצאת בתוך צינור חיובי, כיוון המתח מתחלף, והצינור הבא הופך משלילי לחיובי.
כך האלקטרונים נעים קדימה כל זמן שהם נמצאים בין 2 צינורות.
בין הצינורות שורר ריק על מנת שהחלקיקים המואצים לא יפסידו אנרגיה בהתנגשות עם מולקולות האוויר.
בסיום המסלול החלקיקים המואצים מגיעים לגלאים, מכשירי מדידה, התנגשות עם חלקיקים אחרים/מטרה נייחת או מועברים למאיץ נוסף, בדרך כלל מעגלי.
מאיץ קווי מודרני מכיל אלפי צינורות האצה ואורכו יכול להגיע למאות מטרים ואף לקילומטרים.
בשנת 2013 בוצע ניסוי שדה-שובל מתקדם לבחינת בניית מאיץ קווי חדש.
מאיץ מעגלי בנוי בצורת טבעת.