Большой адронный коллайдер (БАК) впервые столкнулся с пучками протонов и ионов кислорода. В ближайшие дни также запланированы столкновения ионов кислорода между собой и ионов неона.
С 29 июня по 9 июля БАК перейдёт на специальные операции:
* Два дня будут посвящены столкновениям протонов с ионами кислорода.
* Затем, впервые, пройдут два дня столкновений ионов кислорода между собой.
* Один день будет посвящён столкновениям ионов неона.
* Между этапами — несколько дней на настройку и ввод в эксплуатацию оборудования.
Эта кампания охватит широкий спектр исследований: от изучения космических лучей до сильного взаимодействия и кварк-глюонной плазмы. Эксперименты на БАК уже с нетерпением ждут обильного потока новых данных.
Начало кампании
Начало этой кампании — не только старт активной работы, но и завершение долгого и тщательного процесса, начавшегося в середине апреля на ускорительном комплексе (а уже в 2019 году — на этапе предварительных исследований). Каждая машина была специально настроена для работы с ионами кислорода и неона, которые производятся в Линейном ускорителе 3 (Linac3), затем вводятся в Малоэнергетическое ионное кольцо (LEIR), Протонный синхротрон (PS), Суперпротонный синхротрон (SPS) (который также будет отправлять пучки кислорода в эксперименты с фиксированной мишенью в Северной зоне) и, наконец, в БАК.
«Текущий режим работы, при котором пучок протонов сталкивается с пучком ионов кислорода, является наиболее сложным», — отмечает Родерик Брюс, специалист по ионам в БАК. «Это связано с тем, что электромагнитное поле внутри ускорителя по-разному воздействует на протоны и ионы кислорода из-за их разного отношения заряда к массе. Другими словами, без поправок два пучка сталкивались бы в разных местах при каждом обороте».
Решение проблемы
Чтобы преодолеть эту проблему, инженеры тщательно настраивают частоту вращения и импульс каждого пучка, чтобы столкновения происходили прямо в центре четырёх основных экспериментов БАК: ALICE, ATLAS, CMS и LHCb.
Но эти четыре эксперимента — не единственные, которые будут задействованы в этой специальной кампании. На прошлой неделе в эксперименте LHCf, который изучает космические лучи с помощью частиц малого угла, созданных во время столкновений, был установлен детектор вдоль траектории пучка БАК, в 140 метрах от точки столкновения эксперимента ATLAS, который будет использоваться во время протон-кислородного запуска. Позже этот детектор будет удалён и заменён калориметром, который предоставит дополнительные данные во время столкновений ионов кислорода между собой и ионов неона.
Эта кампания также даёт возможность продолжить тестирование кристаллической коллимации. Это важная модернизация системы коллимации БАК для решения проблемы гало ионных пучков (гало частиц, отклонившихся от орбиты пучков). Традиционная система коллимации в БАК менее эффективна с ионными пучками, поэтому перед началом столкновений ионов кислорода и неона будут установлены некоторые кристаллические коллиматоры для тестирования.
После нескольких часов работы в ускорителе пучки кислорода могут быть выведены из-за «загрязнения пучка». «Это проблема, с которой мы не сталкиваемся с протонными пучками, но с кислородом мы наблюдаем так называемый эффект трансмутации», — объясняет Родерик Брюс. «Каждое столкновение создаёт вторичные частицы с тем же отношением заряда к массе, что и у ионов кислорода, загрязняя пучок и потенциально усложняя анализ столкновений. Поэтому в какой-то момент нам может потребоваться вывести пучок и ввести новый пучок чистого кислорода, но степень трансмутации пока неизвестна. Анализ данных покажет».
Предоставлено CERN.