SCIENCE 3D | 거대 강입자 충돌기 (LHC)

무슨 일이 일어났나

LHC 는 둘레 27 km 의 옛 LEP 터널에 들어선 양성자 충돌기로(CERN Courier), 2008 년 첫 양성자 빔을 빛에 가까운 빠르기로 돌렸습니다(미국 에너지부).

3 차 가동(Run 3)의 빔 에너지는 6.8 TeV 이고, 그때 쌍극(휨) 자석은 8 T 였습니다(CERN Courier). 시뮬레이터에서 6.8 TeV 양성자는 로런츠 인자 γ 가 7250 으로 빛보다 겨우 2.85 m/s 느리고, 8 T 자석으로 휘는 반지름은 2.84 km 입니다.

8.33 T 로 설계된 주 쌍극 자석 1232 개가 빔을 휘고, 주 사극 자석 392 개가 고리 구간에서 빔을 모읍니다(CERN Courier). 초전도 자석은 1.9 K 초유체 헬륨으로 식히는데, 이렇게 식혀야 하는 물질이 40,000 t 입니다(CERN Courier).

CMS 검출기 안에서는 양성자 다발이 1 초에 4,000 만 번까지 부딪치고, 2012 년 힉스 보손 발견에 쓴 CMS 자료는 누구나 받을 수 있게 공개되어 있습니다(CERN Open Data).

💡 생활 속 예시

눈썰매장에서 빠르게 내려온 썰매일수록 끝자락의 굽은 길에서 바깥쪽으로 크게 밀려나듯, 빠른 입자를 휘려면 센 자석이 필요합니다.
집 냉동실도 차갑지만, LHC 자석은 그보다 훨씬 차가운 1.9 K(약 −271.25 °C)로 식힙니다.

어떤 부품이 무엇을 하나

초전도 쌍극 자석 1232 개 — 양성자 빔을 휘어 27 km 고리를 따라 돌게 합니다.
주 사극 자석 392 개 — 퍼지려는 빔을 가늘게 모읍니다.
초유체 헬륨 냉각 — 자석을 1.9 K 로 식혀 초전도 상태로 지킵니다.
검출기 (CMS 등) — 부딪친 자리에서 튀어나온 입자들의 자취를 잽니다.

양성자 다발을 고리에 넣습니다.
두 빔이 서로 반대 방향으로 고리를 돌며 6.8 TeV 까지 빨라집니다.
검출기 한가운데에서 두 빔을 엇갈려 부딪치게 합니다.
검출기가 튀어나온 입자들의 자취를 기록하고 컴퓨터가 분석합니다.

확인된 값

LHC 가 들어선 옛 LEP 터널 둘레: 27000 m 출처
주 쌍극(휨) 자석 수: 1232 개 출처
주 쌍극 자석 설계 자기장: 8.33 T 출처
고리 구간에서 빔을 모으는 주 사극 자석 수: 392 개 출처
자석을 식히는 초유체 헬륨 온도: 1.9 K 출처
3 차 가동(Run 3) 빔 에너지 — 6.8 TeV (그때 쌍극 자석 8 T): 0.0000010895 J 출처
1.9 K 로 식혀야 하는 물질 — 40,000 t: 40000000 kg 출처
LHC 지름 — 5 마일 넘게 (DOE): 8047 m 출처
첫 양성자 빔을 빛 빠르기에 가깝게 보냈다 (DOE 과학국 2008 소식): nearly the speed of light 출처
LHC 에 함께한 미국 사람 — 94 개 대학 · 연구소의 1,700 명 넘게: 1700 명 출처
CMS 검출기 안에서 양성자 다발이 부딪치는 횟수 — 1 초에 4,000 만 번까지: 40000000 s⁻¹ 출처
2012 힉스 보손 발견에 쓴 CMS 자료(8 TeV 충돌)가 공개 자료에 들어 있다: 2012 출처

교육과정에서는

한국 2022 · 고급 물리학 · 현대 물리 [12고물04-06]
일본 · 高等学校物理 (4) 原子

출처

https://cerncourier.com/a/discovery-machines/(확인 2026-11-12)
https://cerncourier.com/ten-thousand-magnets-later/(확인 2026-11-12)
https://cerncourier.com/a/the-challenge-of-the-lhc/(확인 2026-11-12)
https://www.energy.gov/science/doe-explainsparticle-accelerators(확인 2026-11-12)
https://science.osti.gov/Science-Features/News-Archive/Science-Headlines/2008/09-10-08(확인 2026-11-12)
https://opendata.cern.ch/docs/observing-higgs-over-one-petabyte-new-cms-open-data(확인 2026-11-12)

거대 강입자 충돌기 (LHC)