Θεμέλια για την ευρωπαϊκή επιστήμη

Το Εργαστήριο παίρνει μορφή

Η πρώτη ανακάλυψη

Λίγους μήνες αφότου τέθηκε σε λειτουργία ο πρώτος επιταχυντής του CERN, το Synchrocyclotron (SC) , ξεκίνησε ένα πρώτο πείραμα. Εκείνη την εποχή, οι αδύναμες αλληλεπιδράσεις ήταν από τα πιο καυτά θέματα στη φυσική υψηλής ενέργειας. Οι επιστήμονες ήταν προβληματισμένοι, για παράδειγμα, σχετικά με τη διάσπαση του σωματιδίου που είναι γνωστό ως πιόνιο. Το σωματίδιο ήταν γνωστό ότι διασπάται σε δύο άλλα σωματίδια: ένα μιόνιο και ένα νετρίνο. Σύμφωνα με τη θεωρία, θα έπρεπε επίσης μερικές φορές να διασπάται σε ηλεκτρόνιο και νετρίνο, αλλά αυτός ο τύπος διάσπασης δεν είχε παρατηρηθεί ποτέ πριν.

Τον Αύγουστο του 1958, στο Synchrocyclotron του CERN, ο Tito Fazzini, ο Giuseppe Fidecaro, ο Alec Merrison, ο Helmut Paul και ο Alvin Tollestrup παρατήρησαν αυτή τη διάσπαση για πρώτη φορά, σε ρυθμό σύμφωνο με τις προβλέψεις της θεωρίας της ασθενούς αλληλεπίδρασης.

Ήταν η πρώτη σημαντική ανακάλυψη του CERN.

Η καρδιά της αλυσίδας επιταχυντών του CERN

Το 1957, το προσωπικό του CERN μετακόμισε στα νέα κτίρια στην τοποθεσία Meyrin στη Γενεύη και οι αίθουσες γέμισαν γρήγορα με εξοπλισμό για το Proton Synchrotron (PS).

Μέχρι το τέλος Ιουλίου 1959, συναρμολόγηση του PS - έχει περιφέρεια πάνω από 600 μέτρα! - ολοκληρώθηκε και, στις 16 Σεπτεμβρίου, κυκλοφόρησε η πρώτη δέσμη . Στις 24 Νοεμβρίου 1959, το PS επιτάχυνε τα πρωτόνια για πρώτη φορά στην ονομαστική του ενέργεια των 24 γιγαηλεκτρονβολτ (GeV).

Το μηχάνημα βασίζεται σε μια επαναστατική νέα ιδέα που αναπτύχθηκε στο Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven στις Ηνωμένες Πολιτείες, η οποία καθιστά δυνατή, με τον ίδιο προϋπολογισμό, την επίτευξη πολύ υψηλότερης ενέργειας σωματιδίων από ό,τι σε ένα παραδοσιακό σύγχροτρο. Με αυτόν τον τρόπο, το νεαρό Εργαστήριο έδειξε την ικανότητά του να μεταφράζει μια νέα ιδέα σε πραγματικότητα.

Ακόμη και σήμερα, 65 χρόνια μετά, το PS είναι η καρδιά της αλυσίδας επιταχυντών του CERN. Και ενώ το μηχάνημα έχει φυσικά υποστεί πολλές φάσεις βελτίωσης, η θεμελιώδης δομή του παρέμεινε αμετάβλητη.

Η σκοτεινή πλευρά του μιονίου

Στη δεκαετία του 1950, το μιόνιο ήταν ακόμα ένα πλήρες αίνιγμα. Οι φυσικοί δεν μπορούσαν ακόμη να πουν με βεβαιότητα αν ήταν απλώς ένα πολύ βαρύτερο ηλεκτρόνιο (με 200 φορές μεγαλύτερη μάζα) ή αν ανήκε σε άλλο είδος σωματιδίου. Ενεργώντας σύμφωνα με μια ιδέα του Leon Lederman, το CERN ξεκίνησε το πείραμα "g-2" το 1959, με στόχο να μετρήσει μια από τις ιδιότητες αυτού του παράξενου ηλεκτρονίου - τη μαγνητική του ροπή.

Ο στόχος του πειράματος ήταν να δοκιμάσει την κβαντική ηλεκτροδυναμική, μια θεωρία που εκπονήθηκε τη δεκαετία του 1940 για να περιγράψει την επίδραση της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης σε φορτισμένα υποατομικά σωματίδια όπως τα ηλεκτρόνια ή τα μιόνια. Μεταξύ άλλων, προβλέπει μια ανώμαλα υψηλή τιμή για τη μαγνητική ροπή "g" του μιονίου, εξ ου και το όνομα του πειράματος.

Μια ομάδα έξι φυσικών – Francis Farley, Georges Charpak, Théo Müller, Antonino Zichichi, Johannes Cornelius Sens και Richard Garwin – ένωσαν τις δυνάμεις τους για να προσπαθήσουν να μετρήσουν αυτή τη διάσημη τιμή στο Synchrocyclotron. Το 1961, η ομάδα δημοσίευσε την πρώτη άμεση μέτρηση της ανώμαλης μαγνητικής ροπής του μιονίου με ακρίβεια 2% σε σχέση με τη θεωρητική τιμή. Αυτή η ακρίβεια αυξήθηκε στο 0,4% το 1962. Η θεωρία της κβαντικής ηλεκτροδυναμικής επικυρώθηκε. το μιόνιο συμπεριφέρθηκε ακριβώς όπως ένα βαρύ ηλεκτρόνιο.

Ο Francis Farley πρότεινε ένα έργο παρακολούθησης στο Proton Synchrotron (PS), στο οποίο συμμετείχαν οι Simon Van der Meer και Emilio Picasso. Ξεκίνησε το 1966, το πείραμα παρήγαγε αποτελέσματα που ήταν 25 φορές πιο ακριβή. Ένα τρίτο πείραμα ξεκίνησε το 1969. Τα τελικά αποτελέσματα επιβεβαίωσαν τη θεωρία με ακρίβεια 0,0007%!

Η έρευνα για την ανώμαλη μαγνητική ροπή του μιονίου συνεχίστηκε στις Ηνωμένες Πολιτείες, πρώτα στο Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven και στη συνέχεια στο Fermilab , όπου ένα πείραμα βρίσκεται ακόμη σε εξέλιξη, με ολοένα και πιο ακριβή αποτελέσματα.

Ανίχνευση σωματιδίων

Στις δεκαετίες του 1960 και του 1970, δύο τεχνικές για την ακριβή καταγραφή των ιχνών των αόρατων σωματιδίων κυριάρχησαν στην πειραματική φυσική υψηλής ενέργειας, ο θάλαμος με φυσαλίδες και ο θάλαμος σπινθήρα. Οι εικόνες που παράγονται – απλές φωτογραφίες – εξετάστηκαν στη συνέχεια για ενδιαφέροντα κομμάτια από ειδικά εκπαιδευμένο προσωπικό, τους «σαρωτές».

Το πρόγραμμα θαλάμου φυσαλίδων στο CERN ξεκίνησε το 1959, όταν ο θάλαμος φυσαλίδων υδρογόνου μήκους 30 εκατοστών κατέγραψε την πρώτη του εικόνα. Παράλληλα, είχε ξεκινήσει ένα νέο, πιο φιλόδοξο έργο: η κατασκευή ενός θαλάμου δύο μέτρων, ο οποίος άρχισε να λειτουργεί το 1965. Σε 12 χρόνια ενεργού ζωής, αυτός ο «μεγάλος» θάλαμος με φυσαλίδες παρήγαγε περισσότερες από 40 εκατομμύρια φωτογραφίες και χρησιμοποίησε 20 000 χλμ φιλμ (αρκετά για να κάνετε τα μισά του δρόμου γύρω από τη Γη!).

Το CERN πρωτοστάτησε στη χρήση θαλάμων φυσαλίδων για τη μελέτη των αλληλεπιδράσεων νετρίνων και ήταν το μεγάλο ενδιαφέρον σε αυτό το πεδίο που οδήγησε στην κατασκευή του Big European Bubble Chamber (BEBC), με 20 κυβικά μέτρα υγρού υδρογόνου και Gargamelle . που συνέβαλε στην εξαιρετική ιστορία επιτυχίας της ανακάλυψης αδύναμων ουδέτερων ρευμάτων στο CERN.

Η αποκτηθείσα τεχνογνωσία στη μηχανική και την κρυογονική εξυπηρέτησε την κατασκευή μεγάλων ανιχνευτών για πειράματα στον Μεγάλο Επιταχυντή Ηλεκτρονίων-Ποζιτρονίων ( LEP ) και στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων ( LHC ), και οι συνεργασίες που δημιουργήθηκαν τότε ήταν η αφετηρία για τις διεθνείς συνεργασίες που επικρατούν σήμερα .

Υπολογιστής αιχμής

Ο πρώτος υπολογιστής του CERN, ένας τεράστιος σωλήνας κενού Ferranti Mercury, εγκαταστάθηκε το 1958. Αντιπροσώπευε το πρώτο στάδιο στην εξέλιξη των ψηφιακών υπολογιστών στο CERN.

Το επόμενο μεγάλο βήμα έγινε το 1965, όταν έφτασε ο πρώτος υπερυπολογιστής: ένας CDC 6600 που σχεδιάστηκε από τον πρωτοπόρο  υπολογιστών Seymour Cray. Αυτό το μηχάνημα  ήταν ο πρώτος πραγματικός «θρυμματιστής αριθμών». Το CERN ήταν από τα πρώτα που υιοθέτησε αυτές τις νέες τεχνολογίες, οι οποίες απαιτούσαν μεγάλη προσπάθεια για την εφαρμογή τους λόγω αστάθειας του υλικού.

Το 1972, το CERN εγκατέστησε το CDC 7600, τότε το πιο ισχυρό μηχάνημα στην αγορά, πέντε φορές ταχύτερο από το 6600. Περνώντας από το υλικό στο λογισμικό, το CERN ενέτεινε τις προσπάθειές του για την υιοθέτηση τεχνολογίας πληροφοριών αιχμής (IT). Αυτές οι δύο μηχανές CDC έπαιξαν πρωταγωνιστικό ρόλο στους υπολογιστές για τη φυσική υψηλής ενέργειας. Για πολλά χρόνια, κανένα άλλο μηχάνημα δεν ήταν τόσο προηγμένο και τόσο γρήγορο όσο το CDC 7600, το οποίο τελικά αποσυνδέθηκε το 1984. Σε 12 χρόνια υπηρεσίας, είχε επεξεργαστεί τεράστιο όγκο εργασίας από χιλιάδες χρήστες.

Παράλληλα, από το 1973 έως το 1980, το CERN κατασκεύασε εξαιρετικά προηγμένα συστήματα υπολογιστών για τον έλεγχο των επιταχυντών. Έκαναν το Proton Synchrotron ένα ευέλικτο τέρας εργασίας, το οποίο μοιράζονταν οι χρήστες του στο χρόνο το Super Proton Synchrotron και αργότερα τον Μεγάλο Επιταχυντή Ηλεκτρονίων-Ποζιτρονίων . Εδώ οι μηχανικοί του CERN εφάρμοσαν δίκτυα, διένειμαν συστήματα υπολογιστών, διεπαφές ανθρώπου-υπολογιστή με οθόνες αφής, trackballs και άλλα. Η τάση μετατοπίστηκε σε ένα αποκεντρωμένο σύστημα με πολλούς μικρότερους υπολογιστές, αντί για ένα μεγάλο κεντρικό σύστημα που κυριαρχούσε στους υπολογιστές.

Τα τεράστια επιστημονικά πειράματα που άρχισαν να εμφανίζονται στη δεκαετία του 1980, καθώς και αυτά που λαμβάνουν τώρα δεδομένα στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων , δεν θα ήταν δυνατά χωρίς μια σημαντική ανθρώπινη και υλική επένδυση στο CERN στις τεχνολογίες επεξεργασίας πληροφοριών και επικοινωνίας. Ένα εξαιρετικά ικανοποιητικό υποπροϊόν ήταν η εφεύρεση του Παγκόσμιου Ιστού στο CERN στις αρχές της δεκαετίας του 1990, ο οποίος είχε θεμελιώδη αντίκτυπο στην επιστήμη και την κοινωνία.

Ο πυρήνας ως εργαστήριο

Όταν το Isotope Separator On-Line ( ISOLDE ) άρχισε να λειτουργεί στο Synchrocyclotron (SC) το 1967, ήταν μοναδικό στον κόσμο. Όπως και άλλα εργαστήρια, μια δέσμη πρωτονίων από έναν επιταχυντή κατευθύνθηκε σε έναν στόχο για να δημιουργήσει σπάνια ραδιενεργά ισότοπα διαφόρων στοιχείων του περιοδικού πίνακα. Αλλά η ISOLDE χρησιμοποίησε μια καινοτόμο τεχνική για να λύσει την κύρια δυσκολία: την επιλογή των ισοτόπων που μας ενδιαφέρουν. Χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό χημικών και ηλεκτρομαγνητικών μεθόδων, το ISOLDE μπόρεσε να παράγει ραδιενεργές δέσμες ενός μόνο ισοτόπου.

Το ISOLDE πρόσφερε νέες ευκαιρίες στους φυσικούς, οι οποίοι μπορούσαν τώρα να μελετήσουν πυρήνες ισοτόπων που ήταν στο παρελθόν απρόσιτοι. Αυτό έχει οδηγήσει σε πολλές εκπλήξεις, όπως η απροσδόκητη ανακάλυψη νέων περιοχών παραμόρφωσης σε ορισμένους πυρήνες.

Μέχρι τη δεκαετία του 1980, η εγκατάσταση ISOLDE είχε αρκετές εκατοντάδες χρήστες και, για να καλύψει τη ζήτηση, κατασκευάστηκε ένας δεύτερος σταθμός στόχος και ένας διαχωριστής μάζας. Όταν το SC έκλεισε το 1990, οι δύο διαχωριστές μάζας της ISOLDE μεταφέρθηκαν στη νέα πειραματική περιοχή στο Proton Synchrotron Booster .

Το 2001, ο μετα-επιταχυντής REX-ISOLDE άνοιξε μια νέα εποχή στην πυρηνική φυσική, επιτρέποντας μελέτες της δομής των εξωτικών πυρήνων και προσομοίωση πυρηνικών αντιδράσεων στα αστέρια και στο διαστρικό διάστημα. Το 2018, η HIE-ISOLDE ολοκλήρωσε την κατασκευή. Αυτός ο πρόσθετος επιταχυντής τώρα αυξάνει την ενέργεια των μετα-επιταχυνόμενων δεσμών για τη μελέτη των πυρηνικών αντιδράσεων εξωτικών πυρήνων.

Στα σχεδόν 60 χρόνια ύπαρξής της, η ISOLDE έχει αποκτήσει μοναδικές δυνατότητες στον τομέα των ραδιενεργών δεσμών. Περισσότερα από 1300 ισότοπα περισσότερων από 70 στοιχείων έχουν χρησιμοποιηθεί σε ένα ευρύ φάσμα ερευνητικών τομέων, από μελέτες πυρηνικής δομής αιχμής, μέσω ατομικής φυσικής, πυρηνικής αστροφυσικής, θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων έως τη φυσική στερεάς κατάστασης και τις επιστήμες της ζωής. Η εγκατάσταση ISOLDE έχει σήμερα περισσότερους από 900 χρήστες που εκτελούν περίπου 50 πειράματα ετησίως χρησιμοποιώντας 15 διαφορετικά όργανα δέσμης.

Μια ηλεκτρονική επανάσταση

Η πρόοδος στην έρευνα της θεμελιώδης φυσικής σωματιδίων συχνά βασίζεται στην ανάπτυξη ολοένα και πιο ακριβών ανιχνευτών με αυξημένους χρόνους αντίδρασης και κάλυψης ολοένα και μεγαλύτερες επιφάνειες. Οι πρώιμοι ανιχνευτές στο CERN πληρούσαν μόνο ένα μέρος αυτών των απαιτήσεων. Βασίστηκαν κυρίως σε φωτογραφικές μεθόδους ακατάλληλες για τη μελέτη αλληλεπιδράσεων σπάνιων σωματιδίων, όπου μόνο μερικά ενδιαφέροντα γεγονότα πρέπει να επιλεγούν από τα εκατομμύρια που παρατηρήθηκαν. Ήταν απαραίτητο να αυξηθεί δραματικά η ταχύτητα συλλογής δεδομένων.

Το 1968, ο Georges Charpak χρησιμοποίησε μια προηγούμενη εξέλιξη, τον αναλογικό μετρητή, για να κατασκευάσει ένα νέο είδος ανιχνευτή, τον «αναλογικό θάλαμο πολλαπλών συρμάτων». Σε έναν αναλογικό μετρητή, μια ηλεκτρική τάση εφαρμόζεται στους ακροδέκτες ενός γεμισμένου με αέριο σωλήνα με ένα κεντρικό καλώδιο να περνά μέσα από αυτόν. Καθώς τα σωματίδια περνούν, το αέριο ιονίζεται, πυροδοτώντας μια αλυσιδωτή αντίδραση που παράγει ένα ηλεκτρικό σήμα στο καλώδιο. Αυτό το σήμα χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της θέσης του πρώτου ιονισμού.

Αντί για ένα σωλήνα και ένα μόνο καλώδιο, η ιδέα του Charpak ήταν να χρησιμοποιήσει ένα περίβλημα γεμάτο με αέριο που περιέχει πολλά παράλληλα σύρματα ανίχνευσης. Κάθε καλώδιο συνδέεται με έναν ενισχυτή τρανζίστορ και λειτουργεί ως ανεξάρτητος αναλογικός μετρητής. Αυτή η συσκευή, συνδεδεμένη με υπολογιστή, πέτυχε ταχύτητα μέτρησης χίλιες φορές μεγαλύτερη από τους ανιχνευτές της εποχής και χωρική ανάλυση της τάξης του χιλιοστού. Μια μεταγενέστερη εξέλιξη, ο θάλαμος μετατόπισης, πέτυχε ακόμη καλύτερη χωρική ανάλυση κλασμάτων του χιλιοστού. Η εφεύρεση του Charpak έφερε επανάσταση στην ανίχνευση σωματιδίων, φέρνοντάς την στην ηλεκτρονική εποχή.

Σήμερα σχεδόν κάθε πείραμα στη σωματιδιακή φυσική χρησιμοποιεί κάποιο είδος ανιχνευτή τροχιάς που βασίζεται στις αρχές των αναλογικών θαλάμων πολλαπλών συρμάτων. Αυτού του είδους οι ανιχνευτές χρησιμοποιούνται επίσης σε πολλούς άλλους τομείς, όπως η βιολογία, η ακτινολογία και η πυρηνική ιατρική.

Ο πρώτος επιταχυντής αδρονίων στον κόσμο

Στις 27 Ιανουαρίου 1971, οι πρώτες συγκρούσεις στον κόσμο μεταξύ δύο δεσμών πρωτονίων συνέβησαν στους Διασταυρούμενους Δακτυλίους Αποθήκευσης (ISR) του CERN .

Στα τέλη της δεκαετίας του 1950, οι φυσικοί γνώριζαν ότι ένα τεράστιο κέρδος στην ενέργεια σύγκρουσης θα γινόταν δυνατό με τη σύγκρουση δέσμης πρωτονίων κατά μέτωπο, αντί για τη χρήση μιας δέσμης και ενός ακίνητου στόχου. Ωστόσο, η τιμή θα ήταν σχετικά χαμηλοί ρυθμοί αντίδρασης και μικρότερη ποικιλία από αυτές που παράγονται σε μια μηχανή «σταθερού στόχου».

Οι φυσικοί των σωματιδίων στο CERN εργάστηκαν κυρίως σε επιταχυντές σταθερού στόχου, όπως το Proton Synchrotron (PS) , και ευνόησαν την αναβάθμιση του PS και την κατασκευή του Super Proton Synchrotron (SPS) έναντι της κατασκευής ενός επιταχυντή πρωτονίου-πρωτονίου. Παρ' όλα αυτά, οι φυσικοί επιταχυντών επικράτησαν και το ISR εγκρίθηκε στη σύνοδο του Συμβουλίου του Δεκεμβρίου 1965. Η κατασκευή ξεκίνησε τον επόμενο χρόνο.

Το ISR αποδείχθηκε ένα εξαιρετικό όργανο για τη σωματιδιακή φυσική παράγοντας πολλά σημαντικά αποτελέσματα, τα οποία έχουν γίνει μέρος της γενικής γνώσης του υποβάθρου στη σωματιδιακή φυσική. Ωστόσο, η έρευνα σε μελέτες επιταχυντών ήταν τουλάχιστον εξίσου σημαντική και οδήγησε σε πολλές τεχνολογικές εφευρέσεις και εξελίξεις. για παράδειγμα, το ISR είδε τις πρώτες στον κόσμο συγκρούσεις πρωτονίων-αντιπρωτονίων, καθώς και συγκρούσεις βαρέων ιόντων.

Το ISR άνοιξε το δρόμο για μελλοντικούς επιταχυντές αδρονίων, από τη μετατροπή του SPS σε επιταχυντή πρωτονίων-αντιπρωτονίων από το 1981 έως το 1991, που οδήγησε στην ανακάλυψη των μποζονίων W και Z το 1983, στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) και φανταστική ανακάλυψη του μποζονίου Higgs το 2012.

Μια γιγάντια ανακάλυψη

Ήταν η πρώτη μεγάλη ανακάλυψη που έγινε στο CERN. Στις 19 Ιουλίου 1973, η ομάδα Gargamelle ανακοίνωσε ότι είχε βρει στοιχεία για ασθενή ουδέτερα ρεύματα. Ήταν μια πρωτοποριακή ανακάλυψη που άνοιξε το δρόμο προς μια μεγάλη θεωρία ενοποίησης και τη σχετική νέα φυσική. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, στα υψηλά ενεργειακά επίπεδα που υπήρχαν αμέσως μετά τη γέννηση του Σύμπαντος, όλες οι δυνάμεις ήταν ενοποιημένες και έγιναν διακριτές μόνο καθώς το Σύμπαν ψύχθηκε.

Ήδη από τον 19ο αιώνα, ο James Maxwell είχε αποδείξει ότι οι ηλεκτρικές και μαγνητικές δυνάμεις ήταν μόνο δύο εκδηλώσεις της ίδιας αλληλεπίδρασης. Από τη ζύμωση των νέων θεωριών που αναπτύχθηκαν τη δεκαετία του 1960 προέκυψε η ιδέα ότι η ασθενής δύναμη θα μπορούσε να ενοποιηθεί με την ηλεκτρομαγνητική δύναμη ως ενιαία αλληλεπίδραση, τη λεγόμενη ηλεκτροαδύναμη αλληλεπίδραση. Η θεωρία προέβλεψε την ύπαρξη μιας συγκεκριμένης εκδήλωσης της ασθενούς δύναμης, που αναφέρεται ως ασθενή ουδέτερα ρεύματα. Ο Gargamelle ήταν το πρώτο πείραμα που βρήκε απόδειξη αυτών των ρευμάτων, επιβεβαιώνοντας έτσι την ηλεκτροαδύναμη θεωρία.

Το πείραμα Gargamelle σκιαγραφήθηκε το 1963 από τον φυσικό André Lagarrigue και πήρε το όνομά του από τη μητέρα του Gargantua, του γίγαντα στην ιστορία του François Rabelais. Ήταν ένας τεράστιος θάλαμος με φυσαλίδες, που ζύγιζε 1000 τόνους και περιείχε 18 τόνους υγρού φρέον. Ο μεγάλος όγκος του θαλάμου, για την εποχή του, επέτρεψε την αλληλεπίδραση των νετρίνων – σωματιδίων χωρίς ηλεκτρικό φορτίο που αλληλεπιδρούν μόνο ασθενώς. Κατασκευασμένο από εργαστήρια της Γαλλικής Επιτροπής Ατομικής Ενέργειας (CEA), της Ecole Polytechnique και της Σχολής Επιστημών στο Orsay, ο Gargamelle συγκέντρωσε τελικά μια ομάδα περίπου 50 φυσικών. Το πείραμα άρχισε να λειτουργεί τον Ιανουάριο του 1971 και έδωσε ένα πρώτο σημαντικό αποτέλεσμα όταν επιβεβαίωσε ότι το πρωτόνιο αποτελείται από πολλά σωματίδια, τα « κουάρκ ». Αλλά το μεγαλύτερο επίτευγμά του ήταν η παροχή στοιχείων ουδέτερων ρευμάτων το 1973.

Ένας πύραυλος δύο σταδίων

Στις αρχές της δεκαετίας του 1960, όταν το Proton Synchrotron (PS) μόλις είχε τεθεί σε λειτουργία, η επιστημονική κοινότητα σκεφτόταν ήδη μια μηχανή δέκα φορές πιο ισχυρή. Αλλά ένας νέος επιταχυντής θα μπορούσε να κατασκευαστεί αλλού, με ένα νέο εργαστήριο. Το έργο σύντομα βρέθηκε αντικείμενο διπλωματικού και οικονομικού αδιεξόδου. Ο John Adams , ο επικεφαλής του έργου, πρότεινε μια λιγότερο ακριβή και πιο ισχυρή εναλλακτική. Παρόμοια με έναν πύραυλο πολλαπλών σταδίων, πρότεινε τη χρήση του PS ως εγχυτήρα για το νέο γκάζι, για να επιτευχθεί υψηλότερη ενέργεια με χαμηλότερο κόστος.

Χάρη σε αυτή τη νέα ώθηση, το πρόγραμμα εγκρίθηκε το 1971. Λίγους μήνες αργότερα, άρχισαν οι εργασίες για τη διάνοιξη μιας σήραγγας 7 χιλιομέτρων, 40 μέτρα κάτω από τη γη, που απλώνεται στα γαλλο-ελβετικά σύνορα, και για την κατασκευή ενός νέου εργαστηρίου στη Γαλλία σε 412- εκτάρια. Ενώ οι εργασίες κατασκευής για το Super Proton Synchrotron (SPS) ήταν σε εξέλιξη, το CERN χωρίστηκε σε δύο ξεχωριστά εργαστήρια, το καθένα με τη δική του διοικητική δομή και τον δικό του Γενικό Διευθυντή . Οι δυο τους επανήλθαν μαζί ως ενιαίο εργαστήριο το 1976.

Ο δακτύλιος επιτάχυνσης αποτελούταν από περισσότερους από χίλιους μαγνήτες, στους οποίους τέθηκε σε λειτουργία ένα υπερσύγχρονο σύστημα ελέγχου για την εποχή του: 24 μικροί υπολογιστές ελέγχου επικοινωνούσαν μέσω ενός συστήματος μετάδοσης υψηλής ταχύτητας μεταξύ της σήραγγας και του θαλάμου ελέγχου. Οι υπολογιστές ήταν εξοπλισμένοι με τις πρώτες χωρητικές οθόνες αφής , μια τεχνολογία που θα χρησιμοποιηθεί σε smartphone πολλά χρόνια αργότερα.

Στις 17 Ιουνίου 1976, την ημέρα της συνεδρίασης του Συμβουλίου του CERN, τα πρωτόνια έκαναν τις πρώτες τους στροφές γύρω από τον δακτύλιο με ενέργεια 300 GeV. Μόνο λίγες ώρες αργότερα, οι ομάδες έσπρωξαν το μηχάνημα στα 400 GeV, 100 GeV υψηλότερα από την αρχικά προγραμματισμένη ενέργεια.

Το πρόγραμμα των πειραμάτων ξεκίνησε στις αρχές του επόμενου έτους. Το SPS παρείχε δύο πειραματικές ζώνες: τη Δυτική Πειραματική Περιοχή στην τοποθεσία Meyrin και τη νέα Βόρεια Πειραματική Περιοχή στην τοποθεσία Prévessin. Το 1981, ο SPS μετατράπηκε σε επιταχυντή πρωτονίου-αντιπρωτονίου, πριν γίνει το δεύτερο στάδιο ενός ακόμη μεγαλύτερου «πύραυλου» το 1989, του Μεγάλου Επιταχυντή Πρωτονίων Ηλεκτρονίων (LEP) , 27 χιλιομέτρων σε περιφέρεια.

Το τέλος του αλφαβήτου

Το 1983, το CERN έφτασε στο τέλος του αλφαβήτου όταν το Εργαστήριο ανακοίνωσε την ανακάλυψη των πολυαναζήτητων σωματιδίων W και Z. Η ανακοίνωση ήταν τόσο σημαντική που, τον επόμενο χρόνο, οι δύο επιστήμονες πίσω από την ανακάλυψη έλαβαν το Νόμπελ Φυσικής . Το 1984, ο Carlo Rubbia , ο εμπνευστής της μετατροπής του Super Proton Synchrotron (SPS) σε επιταχυντή πρωτονίου-αντιπρωτονίου και εκπρόσωπος του πειράματος UA1 , και ο Simon van der Meer, ο οποίος εφηύρε την τεχνολογία στοχαστικής ψύξης που είναι ζωτικής σημασίας για τη λειτουργία του επιταχυντή. έλαβε το βραβείο από το Ίδρυμα Νόμπελ.

Για να καταλάβει κανείς τη σημασία της ανακάλυψης, πρέπει να ανατρέξει σε τρεις προηγούμενους νομπελίστες. Στη δεκαετία του 1960, ο Steven Weinberg, ο Abdus Salam και ο Sheldon Glashow είχαν προτείνει ότι η ηλεκτρομαγνητική δύναμη και η ασθενής δύναμη –η οποία είναι υπεύθυνη, για παράδειγμα, για ορισμένους τύπους ραδιενέργειας– ήταν και οι δύο εκδηλώσεις μιας ενιαίας αλληλεπίδρασης. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, τρία βαριά σωματίδια, τα μποζόνια W + , W - και Z 0 , είναι υπεύθυνα για την «ηλεκτροασθενή» δύναμη μεταξύ των σωματιδίων.

Τα πρώτα στοιχεία αυτής της ενοποιημένης δύναμης είχαν ήδη βρεθεί στο CERN το 1973 από το πείραμα Gargamelle . Αλλά δεν υπήρχε ακόμη ίχνος από τα περίφημα μποζόνια W και Z, τα οποία ήταν πολύ βαριά για να παραχθούν από τους επιταχυντές που υπήρχαν εκείνη την εποχή. Ωστόσο, οι κυνηγοί μποζονίων σίγουρα δεν είχαν ιδέες. Το 1976, ο David Cline, ο Peter McIntyre και ο Carlo Rubbia πρότειναν την ιδέα της μετατροπής του μεγαλύτερου επιταχυντή του CERN, του SPS, που μόλις είχε τεθεί σε λειτουργία, σε έναν επιταχυντή πρωτονίου-αντιπρωτονίου, ο οποίος θα δημιουργούσε αρκετά υψηλά επίπεδα ενέργειας για την παραγωγή του περίμενε μποζόνια.

Χρειάστηκαν μόνο τρία χρόνια για να μεταμορφωθεί ο επιταχυντής, μεταξύ 1978 και 1981, κατά τη διάρκεια του οποίου αναπτύχθηκαν δύο πειράματα UA1 και UA2 . Οι δύο ανιχνευτές είχαν τον ίδιο κύριο στόχο, το κυνήγι των μποζονίων W και Z, αλλά διέφεραν από πολλές απόψεις. Η UA1, με επικεφαλής τον Carlo Rubbia, ήταν η πρώτη από τις μεγάλης κλίμακας συνεργασίες, αποτελούμενη από περίπου 130 φυσικούς. Ο ανιχνευτής του, που ήταν τεράστιος για την εποχή, ζύγιζε όχι λιγότερο από 2000 τόνους. Είχε επίσης θέσει πολυάριθμους επιστημονικούς στόχους. Το UA2, το οποίο σχεδιάστηκε ειδικά για την αναζήτηση των σωματιδίων W και Z, ήταν δέκα φορές μικρότερο και συγκέντρωσε μια ομάδα περίπου 50 επιστημόνων.

Το SPS κατέγραψε τις πρώτες του συγκρούσεις πρωτονίου-αντιπρωτονίου τον Ιούλιο του 1981. Στα τέλη του 1982, είχαν καταγραφεί περίπου ένα εκατομμύριο συμβάντα που δυνητικά παρείχαν στοιχεία για τα μποζόνια W και Z. Στις 21 Ιανουαρίου 1983, η ομάδα UA1 ανακοίνωσε την ανακάλυψη των δύο σωματιδίων W, κάτι που επιβεβαιώθηκε από το UA2. Κατά τη διάρκεια της άνοιξης παρήχθησαν δέκα φορές περισσότερα μποζόνια W. Τον Μάιο, το CERN ανακοίνωσε την ανακάλυψη του τρίτου ενδιάμεσου μποζονίου, του Z 0 .

Πέρα από τη σημασία της ως αποτέλεσμα της φυσικής, η ανακάλυψη των μποζονίων W και Z ήταν θεμελιώδης για την ενίσχυση της πεποίθησης στην επιστημονική κοινότητα για την ανάγκη κατασκευής του επιταχυντή Μεγάλου Ηλεκτρονίου Ποζιτρονίου (LEP) , ο οποίος τέθηκε σε λειτουργία το 1989. Το LEP ήταν πραγματικό εργοστάσιο Ζ – που παράγει περίπου 20 εκατομμύρια σωματίδια Ζ – πριν γίνει εργοστάσιο W, και έτσι μέτρησε τις ιδιότητες και των δύο μποζονίων με εξαιρετική ακρίβεια.

Πράσινο φως για τον LEP

Το έργο Large Electron Positron Collider (LEP) παρουσιάστηκε για πρώτη φορά στο Συμβούλιο του CERN τον Ιούνιο του 1980, μετά την ανάπτυξη πολλών εννοιών σε διαφορετικές ενέργειες και μήκη. Το έργο προέβλεπε ενέργεια 50 γιγαηλεκτρονβολτ (GeV) ανά δέσμη και περιφέρεια 27 χιλιομέτρων, χρησιμοποιώντας ως προεπιταχυντές το Proton Synchrotron (PS) και το Super Proton Synchrotron (SPS) .

Μετά από διαπραγματεύσεις με τα κράτη μέλη, εγκρίθηκε το 1981 μια τελική «απογυμνωμένη έκδοση». Η ιδέα; Για να σχεδιάσουμε το LEP ως «εξελισσόμενη μηχανή»: μετά από μια αρχική φάση ως εργοστάσιο Z ( το σωματίδιο Z δεν θα ανακαλύφθηκε παρά μόνο 2 χρόνια αργότερα ), η ενέργεια του LEP θα μπορούσε, σε μια δεύτερη φάση, να διπλασιαστεί με την ενσωμάτωση υπεραγώγιμων κοιλοτήτων επιταχυντή.

Στις 13 Σεπτεμβρίου 1983, ο Γάλλος πρόεδρος Φρανσουά Μιτεράν και ο Ελβετός ομόλογός του Pierre Aubert ξεκίνησαν την κατασκευή του LEP. Ανασκαφής 100 μέτρα κάτω από την επιφάνεια, με περιφέρεια 27 χλμ., αυτός ο επιταχυντής επρόκειτο να γίνει ο μεγαλύτερος στον κόσμο. Ήταν το μεγαλύτερο έργο πολιτικού μηχανικού στην ιστορία του CERN και το μεγαλύτερο ευρωπαϊκό εργοτάξιο πριν από τη σήραγγα της Μάγχης.

Προφανώς, η επιλογή της ακριβούς τοποθεσίας για έναν υπόγειο δακτύλιο μεταξύ των βουνών Jura και της λίμνης της Γενεύης δεν ήταν απλή υπόθεση και η διαδρομή έπρεπε τελικά να περάσει κατά μήκος της άκρης του Jura, ενός τμήματος όπου οι κατασκευαστικές εργασίες αντιμετώπισαν πολλές προκλήσεις. Για γεωλογικούς λόγους, η σήραγγα ανασκάφηκε με κλίση 1,4%, καθιστώντας το LEP τον πρώτο κεκλιμένο επιταχυντή. Τελικά, μετά από μερικές ανατροπές, το έργο ολοκληρώθηκε τον Φεβρουάριο του 1988.

Το άλλο επίτευγμα πολιτικού μηχανικού του LEP ήταν η ακρίβειά του. Τα εξαρτήματα του επιταχυντή, οι μαγνήτες και οι κοιλότητες, έπρεπε να τοποθετηθούν σε απόσταση 0,1 χιλιοστών το ένα από το άλλο. Αυτό απαιτούσε την εκσκαφή μιας σχεδόν τέλειας σήραγγας χρησιμοποιώντας εργαλεία και τεχνικές που ήταν στην αιχμή της τεχνολογίας.

Ταυτόχρονα με την έγκριση και κατασκευή του LEP, δημιουργήθηκε ένα πειραματικό πρόγραμμα. Το ενδιαφέρον ήταν σημαντικό, αλλά μόνο τέσσερα πειράματα μπορούσαν να εγκριθούν. Η διοργάνωση αυτών των πειραμάτων, γνωστών ως «Μοντέλο LEP», ήταν η πρώτη όσον αφορά τη μεγάλης κλίμακας διεθνή συνεργασία, με ομάδες από όλο τον κόσμο να συμμετάσχουν.

Εκεί που γεννήθηκε ο Ιστός…

Το 1989, ο Tim Berners-Lee, ένας νεαρός επιστήμονας που εργάζεται στο CERN, έγραψε μια πρόταση για ένα σύστημα διαχείρισης πληροφοριών βασισμένο στο Διαδίκτυο. Εκείνη την εποχή, λίγοι άνθρωποι κατάλαβαν πραγματικά τη σημασία της φαινομενικά αφηρημένης ιδέας του. Ευτυχώς, ωστόσο, ο αρχηγός της ομάδας του και μερικοί συνάδελφοί του είχαν την προνοητικότητα να τον αφήσουν να εργαστεί σε μια εφεύρεση που θα άλλαζε τον κόσμο.

Στα τέλη της δεκαετίας του 1980, το Διαδίκτυο ήταν ήδη ένα ανεκτίμητο εργαλείο για τους επιστήμονες. Τους επέτρεπε να επικοινωνούν μέσω email, να συνδέονται σε ισχυρούς υπολογιστές από απόσταση και να ανταλλάσσουν πληροφορίες μέσω ενός συνόλου πολύπλοκων οδηγιών. Αλλά το σύστημα χρησιμοποιήθηκε μόνο από ακαδημαϊκούς που ήξεραν πού να στείλουν το ερώτημά τους.

Το CERN ήταν ένα ιδιαίτερα πρόσφορο έδαφος για την ανάπτυξη ενός πιο αποτελεσματικού συστήματος ανταλλαγής πληροφοριών. Το Εργαστήριο είχε ήδη μακρά παράδοση στους υπολογιστές και τη δικτύωση. Χιλιάδες επιστήμονες από ινστιτούτα σε όλο τον κόσμο εργάζονταν εκεί μαζί, χρησιμοποιώντας μια ποικιλία συστημάτων υπολογιστών και γλωσσών. Ο πολλαπλασιασμός προτύπων, γλωσσών προγραμματισμού και ασυμβίβαστων υπολογιστών, και η διασπορά πληροφοριών και επιστημόνων, κατέστησαν πιο κρίσιμη από ποτέ τη δημιουργία ενός αποτελεσματικού συστήματος για την ανταλλαγή πληροφοριών.

Ως σύμβουλος στις αρχές της δεκαετίας του 1980, ο Berners-Lee είχε ήδη αναπτύξει, για δική του χρήση, ένα σύστημα που συγκέντρωνε πληροφορίες χωρίς να χρειάζεται να τις συγκεντρώσει από επιστήμονες. Επιστρέφοντας στο CERN λίγα χρόνια αργότερα, συνειδητοποίησε σύντομα ότι χρειαζόταν μια πιο σφαιρική λύση για να ξεπεραστούν οι ασυμβατότητες και ότι πρέπει να αποκεντρωθεί πλήρως: οι πληροφορίες δεν θα έπρεπε να αναπαραχθούν σε πολλές βάσεις δεδομένων και οι συνδέσεις μεταξύ των υπολογιστών θα δημιουργούσαν πιο ισχυρή παγκόσμια βάση δεδομένων.

Από αυτή την ιδέα, η μεγάλη έμπνευση του Berners-Lee ήταν να δημιουργήσει κάτι εντελώς νέο συνδυάζοντας ένα φυσικό δίκτυο, το Διαδίκτυο, με την έννοια του υπερκειμένου, που εφευρέθηκε τη δεκαετία του 1960, το οποίο κατέστησε δυνατή τη δημιουργία συνδέσμων μεταξύ ενός εγγράφου και ενός άλλου «δείχνοντας -κλικ». Ανέπτυξε την html (HyperText Markup Language) για την εμφάνιση σελίδων, το σύστημα διευθύνσεων url (Uniform Resource Locator) για την αναγνώρισή τους και το http (HyperText Transfer Protocol) για τη σύνδεσή τους μέσω του Διαδικτύου. Έγραψε την πρώτη του πρόταση για τον Παγκόσμιο Ιστό τον Μάρτιο του 1989 και τη δεύτερη πρότασή του τον Μάιο του 1990, η οποία επισημοποιήθηκε ως πρόταση διαχείρισης τον Νοέμβριο του 1990. Στα τέλη του 1990, ο πρώτος διακομιστής Ιστού και πρόγραμμα περιήγησης ήταν σε λειτουργία στο CERN . Ο πρώτος ιστότοπος εξήγησε την έννοια του Ιστού. Από αυτό το πρωτόγονο δίκτυο, ο Ιστός αναπτύχθηκε σταθερά για να συμπεριλάβει όλα τα μεγάλα ινστιτούτα σωματιδίων σε όλο τον κόσμο.

Ο Ιστός δεν ήταν το μόνο σύστημα ανταλλαγής πληροφοριών που αναπτύχθηκε για το Διαδίκτυο. Υπήρχαν και άλλα, κυρίως το "Gopher", που αναπτύχθηκε στο Πανεπιστήμιο της Μινεσότα. Όμως κάτι συνέβη το 1993. Το Πανεπιστήμιο της Μινεσότα αποφάσισε να σταματήσει να διανέμει δωρεάν διακομιστές Gopher. Αμέσως, ο Berners-Lee ενθάρρυνε τη διοίκηση του CERN να λάβει τη σημαντική απόφαση να τοποθετήσει το Web στο δημόσιο τομέα , διασφαλίζοντας έτσι ότι θα είναι για πάντα δωρεάν. Από τότε, ο Ιστός αναπτύχθηκε εκθετικά.

Το 1994, ο Berners-Lee άφησε το CERN για να ιδρύσει και να γίνει διευθυντής της κοινοπραξίας World Wide Web, του ουδέτερου από τη βιομηχανία φόρουμ για την ανάπτυξη της τεχνολογίας Ιστού. Την ίδια χρονιά, το CERN φιλοξένησε το πρώτο Διεθνές Συνέδριο για τον Παγκόσμιο Ιστό , το οποίο ονομάστηκε «Woodstock of the Web».

Σήμερα, εκατοντάδες εκατομμύρια ενεργοί διακομιστές ιστού σε όλο τον κόσμο επισκέπτονται δισεκατομμύρια χρήστες. Για πολλούς, η ζωή χωρίς αυτό θα ήταν αδιανόητη και έχουν απονεμηθεί τιμητικές διακρίσεις στον εφευρέτη του - τώρα τον Sir Tim Berners-Lee.

Στον αντίκοσμο

Για κάθε σωματίδιο, υπάρχει ένα αντισωματίδιο με αντίθετες ιδιότητες, ιδιαίτερα ηλεκτρικό φορτίο. Αυτό έχει καθιερωθεί καλά, ήδη από τις θεωρητικές προβλέψεις του Paul Dirac στα τέλη της δεκαετίας του 1920. Κατά τη διάρκεια των τριών δεκαετιών που ακολούθησαν, οι επιστήμονες ανακάλυψαν τα συστατικά που θα συνιστούσαν ένα άτομο αντιύλης: το αντιηλεκτρόνιο (ή ποζιτρόνιο), το αντιπρωτόνιο και το αντινετρόνιο. Αλλά μόλις το 1995 μια συνεργασία του CERN πέτυχε να δημιουργήσει, για πρώτη φορά στον κόσμο, μερικά άτομα αντιυδρογόνου, το καθένα αποτελούμενο από ένα ποζιτρόνιο και ένα αντιπρωτόνιο.

Αυτά τα πρώτα άτομα αντιυδρογόνου παρατηρήθηκαν από το πείραμα PS210, στον Δακτύλιο Αντιπρωτονίου Χαμηλής Ενέργειας (LEAR) . Αυτό το πείραμα ήταν μια πραγματική πρόκληση, τόσο για τους πειραματιστές όσο και για την ομάδα λειτουργίας LEAR, αλλά πέτυχαν, αν και τα άτομα αντιύλης παρήχθησαν με σχεδόν την ταχύτητα του φωτός και δεν μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για περαιτέρω έρευνες των ιδιοτήτων της αντιύλης. Στις 4 Ιανουαρίου 1996, το CERN και τα ινστιτούτα που συμμετείχαν στο πείραμα εξέδωσαν ένα δελτίο τύπου ανακοινώνοντας τις παρατηρήσεις. Η είδηση, που έμοιαζε να βγαίνει κατευθείαν από ταινία επιστημονικής φαντασίας, έκανε τον γύρο του κόσμου.

Αυτή η επιτυχία και το σημαντικό ενδιαφέρον που έδειξαν οι επιστήμονες και το κοινό, άνοιξαν ένα νέο πεδίο μελέτης και δρομολόγησαν την ανάπτυξη μιας νέας μηχανής. Ο επιβραδυντής αντιπρωτονίων (AD) παρείχε αρκετά πειράματα με αντιπρωτόνια από το 2000 και μετά. Μόλις δύο χρόνια αργότερα, ακριβώς 100 χρόνια μετά τη γέννηση του Paul Dirac, δύο συνεργασίες ανακοίνωσαν την επιτυχημένη παραγωγή πολλών «ψυχρών» ατόμων αντιυδρογόνου. Έκτοτε, τα πειράματα στην αντιύλη είναι ολοένα και πιο επιτυχημένα, μετρώντας τις θεμελιώδεις παραμέτρους των αντιπρωτονίων και του αντιυδρογόνου με ολοένα μεγαλύτερη ακρίβεια. Ένας δεύτερος επιβραδυντής, το ELENA, που τέθηκε σε λειτουργία το 2020, επιβραδύνει περαιτέρω τα αντιπρωτόνια για να διευκολύνει τη μελέτη τους. 

Οι υπεραγωγοί επιταχύνουν την πρόοδο

Το LHC , η μεγαλύτερη υπεραγώγιμη μηχανή στον κόσμο, δείχνει πώς η σωματιδιακή φυσική και το CERN υπήρξαν κινητήρια δύναμη στην ανάπτυξη υπεραγωγών.

Η υπεραγωγιμότητα εμφανίστηκε γρήγορα ως μια πολύ χρήσιμη ιδιότητα για τη φυσική υψηλής ενέργειας. Δεδομένου ότι οι υπεραγωγοί χάνουν όλη την ηλεκτρική αντίσταση κάτω από μια ορισμένη, πολύ χαμηλή θερμοκρασία, μπορούν να μεταφέρουν πολύ υψηλά ηλεκτρικά ρεύματα, γεγονός που καθιστά δυνατή την παραγωγή μαγνητών που δημιουργούν ισχυρά μαγνητικά πεδία, καθώς και ισχυρές κοιλότητες επιτάχυνσης.

Οι ανιχνευτές ήταν εξοπλισμένοι με τους πρώτους υπεραγώγιμους μαγνήτες από τη δεκαετία του 1960 και μετά. Το 1965, ένα πείραμα στο Synchrocyclotron του CERN άρχισε να δοκιμάζει ένα μικρό υπεραγώγιμο πηνίο που παρήγαγε μαγνητικό πεδίο 4,2 teslas. Λίγα χρόνια αργότερα, το 1973, στο Big European Bubble Chamber (BEBC) τοποθετήθηκε ένας τεράστιος υπεραγώγιμος μαγνήτης διαμέτρου άνω των τριών μέτρων, ρεκόρ εκείνης της εποχής.

Οι ανιχνευτές έχουν προοδευτικά εξοπλιστεί με ολοένα και πιο ισχυρούς μαγνήτες, μέχρι την κλίμακα των γιγάντιων που χρησιμοποιούνται στον LHC. Το CMS διαθέτει το μεγαλύτερο υπεραγώγιμο σωληνοειδές στον κόσμο και το ATLAS τον μεγαλύτερο σπειροειδή μαγνήτη, που αποτελείται από πηνία μήκους 25 μέτρων.

Οι μαγνήτες που προορίζονται για χρήση σε επιταχυντές πρέπει να παράγονται σε δεκάδες, εκατοντάδες ή και χιλιάδες, γεγονός που εξηγεί γιατί χρειάστηκε μέχρι τη δεκαετία του 1980 για να τεθούν σε λειτουργία οι πρώτοι υπεραγώγιμοι επιταχυντές. Ο επιταχυντής Tevatron στις ΗΠΑ, που κυκλοφόρησε το 1983, ήταν η πρώτη μεγάλης κλίμακας εφαρμογή αυτών των μαγνητών. Το 1989, ο Μεγάλος Επιταχυντής Ηλεκτρονίων-Ποζιτρονίων (LEP) στο CERN ήταν εξοπλισμένος με μερικούς υπεραγώγιμους μαγνήτες που είχαν σχεδιαστεί για να εστιάζουν τις δέσμες των σωματιδίων πριν αυτά συγκρούονται. Αλλά, πάνω από όλα, στο LEP εγκαταστάθηκαν υπεραγώγιμες επιταχυντικές κοιλότητες από το 1996 και μετά: περισσότερες από 280 στον αριθμό, ήταν ικανές να δημιουργήσουν πιο έντονα επιταχυντικά πεδία για να αυξήσουν την ενέργεια του επιταχυντή.

Ακόμη και πριν τεθεί σε λειτουργία το LEP, οι ομάδες του CERN εργάζονταν ήδη στον διάδοχό του, έναν επιταχυντή πρωτονίων που θα εγκατασταθεί στην ίδια σήραγγα, βασισμένος σε υπεραγώγιμους μαγνήτες που παράγουν πεδία άνω των 8 teslas. Το επικό τεχνολογικό και βιομηχανικό έργο της δημιουργίας της μεγαλύτερης υπεραγώγιμης εγκατάστασης στον κόσμο θα χρειαζόταν 25 χρόνια για να ολοκληρωθεί. Αυτός ο επιταχυντής, ο LHC, περιέχει περισσότερους από 9000 υπεραγώγιμους μαγνήτες νιοβίου-τιτανίου, συμπεριλαμβανομένων 1232 διπολικών μαγνητών μήκους 15 μέτρων που ο καθένας ζυγίζει 35 τόνους. Από την περιφέρεια των 27 km του επιταχυντή, τα 23 km ψύχονται με υπερρευστό ήλιο στους 1,9 βαθμούς πάνω από το απόλυτο μηδέν (-271 °C).

Ο LHC προκάλεσε επίσης εργασίες σε υπεραγωγούς υψηλής θερμοκρασίας, οι οποίοι δεν χρειάζεται να ψύχονται σε τέτοιες παγετώδεις θερμοκρασίες. Οι αγωγοί ρεύματος LHC – οι συνδέσεις στις οποίες το ρεύμα περνά από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος στη θερμοκρασία του υγρού ηλίου στους μαγνήτες – αποτελούνται από αυτούς τους υπεραγωγούς, οι οποίοι είναι κεραμικοί και πολύ περίπλοκοι στην ανάπτυξη.

Το High-Luminosity LHC , η σημαντική αναβάθμιση του LHC που κατασκευάζεται αυτή τη στιγμή, φέρνει επίσης το δικό του μερίδιο καινοτομιών στον τομέα των υπεραγωγών. Θα είναι εξοπλισμένο με μαγνήτες κατασκευασμένους από μια υπεραγώγιμη ένωση νιοβίου-κασσιτέρου, η οποία θα παράγει πιο έντονα μαγνητικά πεδία 12 teslas. Θα χρησιμοποιεί επίσης ηλεκτρικές συνδέσεις από υπεραγωγούς μέσης θερμοκρασίας, οι οποίοι μπορούν να λειτουργήσουν στους 25 Κέλβιν (-248°C). Οι ομάδες του CERN συνεχίζουν το έργο τους για υπεραγωγούς υψηλής θερμοκρασίας, το Άγιο Δισκοπότηρο για τους ειδικούς σε αυτόν τον τομέα, το οποίο, μακροπρόθεσμα, θα μπορούσε να ανοίξει άνευ προηγουμένου δυνατότητες για τη θεμελιώδη φυσική και να έχει πολλές εφαρμογές προς όφελος της κοινωνίας γενικότερα.