大型ハドロン衝突型加速器（LHC）は、研究者が現実の深淵を開拓することを可能にした、現代素粒子物理学の驚異である。 物理学者 Thomas Schörner-Sadenius が 2015 年に発表した歴史に関する論文によると、その起源は 1977 年にまでさかのぼり、欧州原子核研究機構 (CERN) の元所長 Sir John Adams が、非常に高いエネルギーに到達できる粒子加速器を収容できる地下トンネルを作ることを提案しました。
このプロジェクトは20年後の1997年に正式に承認され、フランスとスイスの国境の下を通る、光速の99.99パーセントまで加速して粒子をぶつけ合える長さ16.5マイル（27キロ）のリングの建設が開始されたのです。 リングの中では、9,300個の磁石が荷電粒子の束を1秒間に11,245回の割合で反対方向に誘導し、最終的にそれらを正面衝突させることができる。 この施設では、毎秒約6億回の衝突を起こすことができ、信じられないほどの量のエネルギーと、時にはエキゾチックで見たこともない重粒子を噴出させることができるのだ。 LHC は、これまで記録を保持していた米国のフェルミ研究所のテバトロンよりも 6.5 倍高いエネルギーで作動します。
LHC の建設費用は合計 80 億ドルで、そのうち 5 億 3100 万ドルは米国から提供されたものです。 60カ国から8000人以上の科学者がその実験に協力しています。 2008年9月10日、加速器は初めてビームのスイッチを入れ、当初の設計強度のわずか1,000万分の1で粒子を衝突させました。
稼働開始前、この新しい原子破壊装置が、おそらくすべてを飲み込むブラックホールを作り出すことによって、地球を破壊するのではないかと危惧する人がいました。
「LHC は安全であり、リスクをもたらすかもしれないという提案はまったくのフィクションです」と、CERN のロバート・アイマール事務局長は過去に LiveScience に語っています。 これは、どちらの共同実験も他方に影響を与えず、それぞれが姉妹実験のチェックを提供することを保証するためです。
2012年7月4日、LHCの研究者がヒッグス粒子の発見を発表したとき、科学界は固唾をのんで見守ったが、これは物理学の標準モデルと呼ばれる50年来の理論における最後のパズルピースとなった。 標準模型は、既知のすべての粒子と力（重力を除く）、およびそれらの相互作用を説明しようとするものである。 1964 年、イギリスの物理学者ピーター・ヒッグス (Peter Higgs) は、現在彼の名前が付いているこの粒子について論文を書き、宇宙で質量がどのように発生するかを説明しました。 ある粒子は場の中をよりゆっくりと進み、これはその粒子の質量が大きいことに対応します。 ヒッグス粒子はこの場の現れであり、物理学者は半世紀にわたってこの場を追い求め続けてきたのです。 LHCは、このとらえどころのない獲物をついに捕らえるために建設されたのです。 最終的にヒッグスは陽子の125倍の質量を持っていることがわかり、ピーター・ヒッグスとベルギーの理論物理学者フランソワ・エングラートの両名は、その存在を予測したことで2013年にノーベル賞を授与されました。 ビームパイプは透明なチューブで表現され、対向して回転する陽子ビームは赤と青で表示されている。 (Image credit: Daniel Dominguez/CERN)
ヒッグスを手にしても、標準モデルにはまだいくつかの穴があるため、物理学者は休んでいられません。 その1つは、アインシュタインの相対性理論でほぼカバーされている重力を扱っていないことです。 また、宇宙が物質でできていて、反物質がない理由も説明できません。反物質は、時間の始まりにほぼ等量で作られたはずです。 LHC が稼働する前、多くの研究者が、次の偉大な理論は超対称性として知られるもので、既知のすべての粒子に、似ているがはるかに質量の大きい双子のパートナーを追加するものだと言ったことでしょう。 これらの重いパートナーの1つ以上は、暗黒物質を構成する粒子の完璧な候補であったかもしれません。 また、超対称性によって、重力が他の3つの基本的な力よりも非常に弱い理由も解明され始めている。 ヒッグスが発見される前、一部の科学者は、このボゾンが標準モデルで予測されたものとは少し異なるものになり、新しい物理学を示唆しているのではないかと期待していました。 これは標準模型にとっては大きな成果ですが、物理学者たちには何の手がかりもないままになってしまいました。 理論的には優れていても、実際の観測と一致しない理論を追い求め、失われた数十年について語る人もいます。 多くの人が、LHCの次のデータ取得の実行が、この混乱のいくつかをクリアするのに役立つことを期待しています
LHCは、2年間のアップグレードと修理を経るために2018年12月にシャットダウンされました。 それがオンラインに戻ったとき、それはエネルギーがわずかに増加しますが、毎秒2倍の衝突数で原子を一緒に粉砕することができるようになります。 そのとき、何が見つかるかは誰にもわからない。 すでに、LHCに代わるさらに強力な粒子加速器が、同じ場所にLHCの4倍の大きさで建設されるという話もある。 この巨大な後継機の建設には、20年の歳月と270億ドルが必要とされる。