LHC 는 왜 그렇게 큰 둥근 터널에 있을까?

자석이 입자를 휘는 반지름은 입자의 운동량에 비례하고 자기장에 반비례합니다. 그래서 에너지가 아주 큰 입자를 고리 안에 붙잡아 두려면 자석을 아주 세게 하거나 고리를 아주 크게 해야 합니다.

LHC 는 둘레 27 km 인 옛 LEP 터널 안에 지었는데, 그 고리에서 7 TeV 빔을 휘려면 휨 자석이 8.3 T 로 돌아야 했습니다(CERN Courier). 시뮬레이터에서도 6.8 TeV 양성자를 8 T 로 휘면 반지름이 2.84 km 나 되고, 한 바퀴에 59.4 µs 가 걸립니다.

고리를 작게 할 수 없는 까닭은 또 있습니다. 도는 입자가 내놓는 빛(싱크로트론 복사)은 빔 에너지의 4 제곱에 비례하고 질량의 4 제곱에 반비례합니다(CERN Courier) — 무거운 양성자를 쓰고 고리를 크게 해야 이 손실이 줄어듭니다.

원형 가속기는 입자를 고리에서 거듭 돌려, 입자끼리 부딪칠 기회가 훨씬 많다는 장점도 있습니다(미국 에너지부).