Estructura detallada de los precolisionadores, colisionadores y aceleradores del LHC

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC; en inglés: Large Hadron Collider) es el acelerador de partículas más grande y de mayor energía que existe y la máquina más grande construida por el ser humano en el mundo.¹​²​ Fue construido por la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) entre 1989 y 2001 en colaboración con más de 10 000 científicos y cientos de universidades y laboratorios, así como más de 100 países de todo el Mundo.³​ Se encuentra en un túnel de 27 kilómetros de circunferencia y a una profundidad máxima de 175 metros bajo tierra, debajo de la frontera entre Francia y Suiza, cerca de Ginebra.

Las primeras colisiones se lograron en 2010 a una energía de 3,5 teraelectronvoltios (TeV) por haz, aproximadamente cuatro veces el récord mundial anterior, alcanzados en el Tevatron.⁴​⁵​ Después de las correspondientes actualizaciones, alcanzó 6,5 TeV por haz (13 TeV de energía de colisión total, el récord mundial actual).⁶​⁷​⁸​⁹​ A finales de 2018, entró en un período de parada de dos años, que finalmente se ha prolongado hasta 2022, con el fin de realizar nuevas actualizaciones, con lo cual se espera posteriormente alcanzar energías de colisión aún mayores.

El colisionador tiene cuatro puntos de cruce, alrededor de los cuales se colocan siete detectores, cada uno diseñado para ciertos tipos de experimentos en investigación. El LHC hace colisionar protones, pero también puede utilizar haces de iones pesados (por ejemplo de plomo) realizándose colisiones de átomos de plomo normalmente durante un mes al año. El objetivo de los detectores del LHC es permitir a los físicos probar las predicciones de las diferentes teorías de la física de partículas, incluida la medición de las propiedades del bosón de Higgs¹⁰​ y la búsqueda de una larga serie de nuevas partículas predicha por las teorías de la supersimetría,¹¹​ así como también otros problemas no resueltos en la larga lista de elementos en la física de partículas.

Túnel del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) con todos los imanes e instrumentos. La parte del túnel que se muestra se encuentra debajo del LHC P8, cerca del LHCb.

El término "hadrón" se refiere a aquellas partículas subatómicas compuestas de quarks unidos por la fuerza nuclear fuerte (así como los átomos y las moléculas se mantienen unidos por la fuerza electromagnética).¹²​ Los hadrones más conocidos son los bariones, como pueden ser los protones y los neutrones. Los hadrones también incluyen mesones como el pion o el kaón, que fueron descubiertos durante los experimentos de rayos cósmicos a fines de la década de 1940 y principios de la de 1950.¹³​

Un "colisionador" es un tipo de acelerador de partículas con dos haces enfrentados de partículas que chocan entre sí. En la física de partículas, los colisionadores se utilizan como herramientas de investigación: aceleran las partículas a energías cinéticas muy altas que les permiten impactar con otras partículas.¹​ El análisis de los subproductos de estas colisiones, captados por los sensores, brinda a los científicos una buena evidencia de la estructura del mundo subatómico y de las leyes de la naturaleza que los gobiernan. Muchos de estos subproductos se producen sólo mediante colisiones de alta energía y se descomponen después de períodos de tiempo muy breves. Por lo tanto, muchos de ellos son difíciles o casi imposibles de detectar de otra manera.¹⁴