Hraðlar eru mikilvægustu verkfæri öreindaeðlisfræðinga. Með þeim er unnt að brjóta niður kjarnaeindir og greina allra minnstu hlutana sem alheimurinn samanstendur af.
Öreindahraðlar fyrirfinnast í tveimur megingerðum en þeir eru annars vegar línulegir og hins vegar hringlaga. Í línulegum hraðli er unnt að beina geisla úr hlöðnum öreindum að föstu efni, t.d. málmþynnu.
Þetta geta eðlisfræðingar einnig gert í hringlaga hraðli en þar gefst þeim enn fremur kostur á að láta frumeindageislann rekast á geisla sem beint er í öndverða átt.
Árekstrarnir leysa úr læðingi gífurlega orku og öreindirnar brotna niður í enn smærri eindir sem skynjarar hraðalsins nema.
Með því að mæla hraða öreindanna, massa þeirra og rafhleðslu geta eðlisfræðingar síðan skorið úr um hvaða gerð öreinda árekstrarnir hafa leitt af sér.
Með þessu móti hefur eðlisfræðingum smám saman tekist að sanna tilvist flestra þeirra öreinda sem mynda hið svonefnda „staðallíkan“.
Líkanið myndar heildaryfirlit yfir öreindir og kraftana sem verka á þær, þ.e. þá krafta sem eðlisfræðingar telja alheiminn gerðan úr.
Öreindir ferðast milljarða kílómetra
Því stærri sem hraðall er, þeim mun hærra orkustigi getur hann áorkað. Sá öflugasti er svonefndur LHC-hraðall við rannsóknarmiðstöðina CERN sem er að finna á landamærum Sviss og Frakklands.
Hringurinn í LHC er alls 27 km á lengd og liggur í göngum sem eru hundrað metrum undir yfirborði jarðar. Þar þeytast öreindirnar á svo miklum hraða að þær fara alls 11.245 hringi á sekúndu.
Áður en þær lenda í árekstrum geta þær hreyfst um í hraðlinum í allt að tíu klukkustundir og lagt að baki yfir tíu milljarða kílómetra. Þessi vegalengd samsvarar fjarlægðinni að ystu reikistjörnu sólkerfisins, Neptúnusi og til baka.
Hringferð endar með árekstri
Í hringlaga hraðli þeytast hlaðnar öreindir á hraða sem er nálægt hraða ljóssins. Þegar þær eru þvingaðar til að rekast hver á aðrar molna þær niður í enn smærri agnir.
1. Öreindum skotið inn í lofttæmd rör
Hlöðnum öreindum, m.a. róteindum eða rafeindum, er skotið inn í lofttæmd rör hraðalhringsins. Allan hringinn sjá rafseglar (grænt) til þess að stjórna ferð öreindanna þannig að þær komist ekki í snertingu við innanverð rörin.
2. Útvarpsbylgjur auka hraða öreindanna
Öreindirnar fara í gegnum hólf (appelsínugult) á leið þeirra um hringinn þar sem rafsvið leiða af sér útvarpsbylgjur. Hluti orkunnar frá útvarpsbylgjunum flyst yfir í öreindirnar þannig að hraði þeirra eykst. Að lokum hafa þær nánast náð hraða ljóssins.
3. Skynjarar fylgjast með árekstrunum
Meðfram hringnum er að finna einn eða fleiri skynjara (gult) sem gegna því hlutverki að mæla smærri öreindirnar og geislunina sem myndast þegar rafhlöðnum öreindunum annað hvort er stýrt í átt að föstu efni (blátt) eða frumeindum sem þeytast í hina áttina.
