thumb|Large Hadron Collider ved CERN thumb|Statue af Shiva afbilledet som Nataraja i tandava-dans, der symboliserer den vedvarende skabelse og destruktion af universet. Skænket af det indiske Department of Atomic Energy.
Den Europæiske Organisation for Højenergifysik (CERN; ) er en europæisk atomforskningsorganisation, som driver verdens største forsøgsanlæg for partikelfysik. Navnet CERN kommer af fransk: Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire. CERN har observatørstatus i de Forenede Nationer (FN). CERN blev grundlagt i 1954 og er beliggende på den fransk-schweiziske grænse i en forstad nordvest for Geneve (). CERN har 22 medlemslande ,hvoraf Israel er det eneste ikke-europæiske land med fuldt medlemskab.
Benævnelsen CERN bruges også i omtale af selve forsøgsanlægget, som i 2016 beskæftigede 2.500 videnskabelige, tekniske og administrative medarbejdere og modtog omkring 12.000 brugere. Samme år producerede CERN 49 petabyte data. CERN’s hovedformål er at stille partikelacceleratorer og anden nødvendig infrastruktur til rådighed for forsøg med højenergifysik. Som resultat er talrige eksperimenter blevet opstillet og gennemført i internationalt samarbejde. Hovedanlægget ved byen Meyrin rummer et stort datacenter, som dels anvendes til lagring og analyse af data og dels til simuleringer. Forskere har brug for online adgang til disse faciliteter, så forskningscenteret har historisk set været centrum i et stort elektronisk netværk. I CERN’s virke ligger også oprindelsen til World Wide Web.
Historie Aftalen om etablering af CERN blev ratificeret den 29. september 1954 af 12 vesteuropæiske lande. Forkortelsen CERN stammer fra det franske Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (Det Europæiske Råd for Kerneforskning), som var navnet på organitiationens midlertidige bestyrelse, der i 1952 blev etableret af de 12 europæiske regeringer, herunder Danmark. Da den midlertidige bestyrelse blev opløst, bibeholdt man akronymet CERN, selv om navnet i 1954 blev ændret til det nuværende Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire (European Organization for Nuclear Research).
CERN’s første rådspræsident var Sir Benjamin Lockspeiser. Edoardi Amaldi var generalsekretær for CERN i dets tidlige start, hvor arbejdetsprocesserne stadig var under udvikling, og den første generaldirektør var Felix Bloch (i 1954).
I begyndelsen var forsøgsanlægget helliget studier af atomkerner, men snart blev det også anvendt til højenergifysik med fokus på studier af interaktioner mellem subatomare partikler. Derfor omtales forsøgsanlægget CERN ofte som Det Europæiske Forsøgsanlæg for Partikelfysik (Laboratoire européen pour la physique des particules), et navn der i højere grad beskriver arbejdet på anlægget.
Videnskabelige resultater Adskillige væsentlige forsøgsresultater er opnået ved arbejdet på CERN. De omfatter bl.a. 1973: Opdagelsen af neutrale strømme i Gargamelle boblekammeret 1983: Opdagelsen af W- og Z-partikler i UA1 og UA2 eksperimenterne 1989: Bestemmelse af antallet af lette neutrinofamilier ved Large Electron-Positron Collider (LEP) 1995: Den første dannelse af antibrint atomer i PS210 eksperimentet 1999: Opdagelsen af direkte CP brud NA48 eksperimentet 2010: Isolering af 38 antibrintatomer 2011: Fastholdelse af antibrint i over 15 minutter 2012: Opdagelse af en boson med en masse på ca. 125 GeV/c2, den længe eftersøgte Higgs-partikel.
I september 2011 tiltrak CERN sig mediernes bevågenhed, da forskningsgruppen bag OPERA-projektet rapporterede fundet af neutrinoer, der bevægede sig hurtigere end lyset.Adrian Cho, Neutrinos Travel Faster Than Light, According to One Experiment, Science NOW, 22 September 2011. Yderligere forsøg viste, at resultaterne var fejlbehæftede på grund af et forkert forbundet GPS-synkroniseringskabel.
I 1984 blev nobelprisen i fysik tildelt Carlo Rubia og Simon van der Meer for resultater, som førte til opdagelsen af W- og Z-partiklerne. I 1992 blev nobelprisen i fysik tildelt CERN-forskeren Georges Charpak for “opfindelse og udvikling af partikeldetektorer, og især for trådkammeret “multiwire proportional chamber”.
I 2013 blev nobelprisen i fysik tildelt François Englert og Peter Higgs for deres teoretiske beskrivelse af Higgs-mekanismen året efter fundet af Higgs-partiklen gennem forsøg ved CERN.
Datavidenskab Udviklingen af World Wide Web startede som et CERN-projekt ved navn ENQUIRE. Projektet blev igangsat af Tim Berners-Lee i 1989 og Robert Cailliau i 1990. Projektets formål var at facilitere forskernes informationsdeling baseret på et hypertekstsystem. Den første hjemmeside blev lanceret i 1991, og den 30. april 1993 meddelte CERN, at World Wide Web kunne bruges af alle. En kopi af den første hjemmeside udformet af Berners-Lee kan stadig ses på World Wide Web Consortium’s hjemmeside som et historisk dokument. Allerede først i 1980erne - og inden udviklingen af World Wide Web – gennemførte CERN en banebrydende udvikling af selve internetteknologien. I 1995 blev Berners-Lee og Cailliau hædret i fællesskab af Association for Computing Machinery (ACM) for deres bidrag til udviklingen af internettet.
I de senere år er CERN blevet et center for Grid computing og huser projekter som Enabling Grids for E-sciencE (EGEE) og LHC Computing Grid. Laboratoriet huser også CERN Internet Exchange Point (CIXP), det ene af de to største internet-knudepunkter (fysisk infrastruktur for udveksling af internettrafik) i Schweiz.
Faciliteter Det nuværende anlæg CERN driver et sammenhængende anlæg på seks acceleratorer og en decelerator. Hver accelererende enhed i kæden øger energien i partikelstrålerne inden de sendes videre til forsøg eller til den næste og kraftigere accelerator. Anlægget består af følgende aktive maskiner:
To lineære acceleratorer, som leverer lavenergipartikler. LINAC 2 accelererer protoner til 50 MeV, hvorefter de injiceres i protron-synkrotronacceleratoren PSB (Proton Synchrotron Booster), og LINAC 3 leverer tunge ioner på 4,2 MeV/u til injicering i lagerringen LEIR (Low Energy Ion Ring).
Synkrotonen PSB (Proton Synchrotron Booster) øger hastigheden på de partikler, der er genereret af de lineære protonacceleratorer, inden de overføres til andre acceleratorer.
Lagerringen LEIR øger hastigheden på ionerne fra den lineære accelerator inden den overfører dem til protonsynkrotronen PS. Denne accelerator blev taget i brug i 2005 efter ombygning fra den tidligere lavenergi-antiprotonlagerring LEAR (Low Energy Antiproton Ring).
28 GeV protonsynkrotronen PS (Proton Synchrotron) er en cirkulær accelerator, der blev bygget i årene 1954-59. Den bruges stadig som tilførselsaccelerator til den endnu kraftigere Super Proton Synchrotron (SPS).
SPS (Super Proton Synchrotron) er en cirkulær accelerator med en diameter på 2 km, der er bygget i en tunnel. Den blev taget i brug i 1976. Det oprindelige design muliggjorte en beam energi på 300 GeV, senere gradvis opgraderet til 450 GeV. SPS leverer stråler til fastmålseksperimenter - for tiden COMPASS (NA58), SHINE (NA61), NA62 og NA63, og den har været anvendt til proton-antiprotonkollisioner (SppS-kollisioner) og til at accelerere højenergielektroner og -positroner til injicering i Large Electron-Positron Collider (LEP). Siden 2008 er den blevet anvendt til at injicere protroner og tunge ioner i Large Hadron Collider (LHC).
ISOLDE (On-Line Isotope Mass Separator) anvendes til forskning i ustabile atomer. De radioaktive ioner dannes ved sammenstød af protoner med en energi på 1,0-1,4 GeV fra proton-synkrotronacceleratoren PSB, med stationære tunge atomkerner i en særlig ionkilde. ISOLDE blev taget i anvendelse i 1967 og er blevet ombygget og opgraderet i 1974 og 1992. En opgradering til HIE-ISOLDE er i gang.
Antiproton-deceleratoren, AD, (Antiproton Decelerator) reducerer hastigheden på antiprotoner til ca. 10% af lysets hastighed. Den anvendes til forskning i antistof.
En kompakt forsøgsfacilitet for lineære kollisioner (Compact Linear Collider Test Facility), hvor man undersøger gennemførligheden af et eventuelt kommende projekt baseret på kollisioner mellem elektroner og positroner fra en meget lang lineær accelerator.
AWAKE eksperimentet, som er en demonstrator for en ny type acceleration baseret på wakefield plasma acceleration drevet af høj-energi protoner.
LHC, der er CERN’s flagskib og omtales nærmere nedenfor.
Large Hadron Collider Se hovedartikkelen for Large Hadron Collider
Mange af de nuværende aktiviteter på CERN indebærer forsøg med den største accelerator, Large Hadron Collider (LHC). LHC repræsenterer et storstilet globalt samarbejde. LHC befinder sig i en tunnel 60-100 m under jorden i området mellem Genève Internationale Lufthavn og den nærliggende Jurabjergkæde. Størstedelen af den cirkulære tunnel på 27 km i omkreds ligger på den franske side af grænsen. Tidligere har tunnelen huset den store elektron-positron accelerator LEP (Large Electron-Positron Collider), som blev lukket ned i november 2000. CERN’s eksisterende PS/SPS acceleratoranlæg bruges til at øge energien af protoner og blyioner, som derefter injiceres ind i LHC.
Syv forskningsprojekter, ALICE, ATLAS, CMS, LHCb, LHCf, MoEDAL og TOTEM, er placeret langs acceleratoren. Alle eksperimentene studerer partikelkollisioner fra forskellige aspekter og med forskellige teknologier. Opførelsen af anlæg til de forskellige projekter har været en ingeniørmæssig udfordring. For eksempel måtte man skaffe en særlig kran fra Belgien til at sænke dele af CMS-detektoren ned i undergrunden, da hver del vejede næsten 2.000 tons. Den første af de næsten 5.000 magneter, som konstruktionen krævede, blev sænket ned i en specialbygget skakt den 7. marts 2005. LHC genererer store mængder af data, som CERN sender til forskningsinstitutioner rundt omkring i verden til videre behandling– og gør brug af en særlig Grid-infrastruktur, LHC Computing Grid. I april 2005 sendte en vellykket test 600 MB/s til syv forskellige modtagere i verden. De første partikelstråler blev injiceret i LHC i august 2008.Overbye, Dennis (29 juli 2008). "Let the Proton Smashing Begin. (The Rap Is Already Written.)". The New York Times. Den 10. september 2008 blev den første stråle sendt rundt i hele LHC, men systemet gik ned 10 dage senere på grund af en defekt magnetforbindelse, og den 19. september 2008 blev acceleratoren taget ud af drift i ca. et år for reparation. Den 20. november 2009 blev LHC sat i drift igen og sendte fejlfrit to stråler rundt, hver med en energi på 450GeV. Ingeniørernes udfordring var herefter at få de to stråler rettet ind, så de ville kollidere med stor kraft. Det var “som at skyde to nåle tværs over Atlanten og få dem til at ramme hinanden”, ifølge Steve Myers, direktør for acceleratorer og teknologi på CERN. Den 30. marts 2010 lykkedes det med LHC at få to protonstråler til at kollidere, hver med en hastighed på 3,5 TeV energi pr. proton, altså en kollision på 7 TeV. Dette var imidlertid kun begyndelsen på det arbejde, der forventedes at føre til opdagelsen af Higgs-partiklen. Da forsøgsperioden med 7 TeV kollisioner sluttede, øgede acceleratoren i marts 2012 energien til 8 TeV (4 TeV pr. proton). I juni 2012 annoncerede CERN-forskerne, at de havde fundet en ny partikel, som de senere bekræftede var Higgs-partiklen. I marts 2013 bekendtgjorde CERN, at de målinger, man havde udført på den nyfundne partikel, understøttede, at dette var Higgs-partiklen. I starten af 2013 blev LHC lukket ned for en 2-årig periode med henblik på vedligeholdesarbejde, en forbedring af de elektriske forbindelser mellem magneterne i acceleratoren, samt andre opgraderinger.