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 проводиться столкновения протонов с ионами кислорода.
* Затем, впервые, два дня будут посвящены столкновениям ионов кислорода между собой.
* Один день будет отведён под столкновения ионов неона.
* Между экспериментами предусмотрены дни для настройки и ввода оборудования в эксплуатацию.
Эта кампания охватит широкий спектр исследований:
* изучение космических лучей;
* исследование сильного взаимодействия;
* изучение кварк-глюонной плазмы.
Эксперименты на БАК с нетерпением ждут богатого урожая новых данных.
Начало этой активной кампании — итог длительного и тщательного процесса, который начался в середине апреля на ускорительном комплексе (а уже в 2019 году — на этапе первоначальных технико-экономических обоснований). Каждую машину пришлось специально настраивать для работы с ионами кислорода и неона, которые производятся в Linac3, а затем инжектируются в Low-Energy Ion Ring (LEIR), Proton Synchrotron (PS), Super Proton Synchrotron (SPS) (который также будет отправлять пучки кислорода в эксперименты с фиксированной мишенью в North Area), и, наконец, в LHC.
«Текущий режим работы, при котором пучок протонов сталкивается с пучком ионов кислорода, является наиболее сложным», — отмечает Родерик Брюс, специалист по ионам в LHC. 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. Без корректировок два пучка сталкивались бы в разных местах при каждом обороте.
Чтобы решить эту проблему, инженеры тщательно настраивают частоту вращения и импульс каждого пучка, чтобы столкновения происходили прямо в центре четырёх основных экспериментов LHC: ALICE, ATLAS, CMS и LHCb.
Но эти четыре эксперимента — не единственные, которые будут задействованы в этой специальной кампании. На прошлой неделе в эксперименте LHCf, изучающем космические лучи с помощью частиц малого угла, созданных во время столкновений, был установлен детектор вдоль траектории пучка LHC, в 140 метрах от точки столкновения эксперимента ATLAS. Этот детектор позже будет удалён и заменён калориметром, который будет предоставлять дополнительные данные во время столкновений ионов кислорода между собой и ионов неона.
Эта кампания также даёт возможность продолжить тестирование кристаллической коллимации. Это важнейшая модернизация системы коллимации LHC, направленная на смягчение проблемы гало ионных пучков (гало частиц, отклоняющихся от орбиты пучков). Традиционная система коллимации на LHC менее эффективна для ионных пучков, поэтому перед началом столкновений ионов кислорода между собой и ионов неона будут установлены кристаллические коллиматоры для тестирования.
После нескольких часов в ускорителе ионы кислорода могут быть выброшены из-за «загрязнения пучка». «Это проблема, с которой мы не сталкиваемся при работе с пучками протонов, 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 выбросить пучок и ввести новый пучок чистого кислорода, но степень трансмутации пока неизвестна. Анализ данных покажет», — добавил специалист.