Kun for en dag, LHC kolliderer xenonstråler

I dag, LHC får en forsmag på noget usædvanligt. I otte timer, Large Hadron Collider accelererer og kolliderer xenonkerner, tillader de store LHC -eksperimenter, ATLAS, ALICE, CMS og LHCb, at registrere xenon -kollisioner for første gang.

Xenon er en ædelgas, findes i minimale mængder i atmosfæren. Dens atomer består af 54 protoner og mellem 70 og 80 neutroner, afhængig af isotopen. Xenon-kollisionerne i LHC (af atomer med 54 protoner og 75 neutroner) ligner derfor de tung-ion-kollisioner, der regelmæssigt udføres ved LHC. Normalt, blykerner, som har en meget større masse, er brugt. "Men der var planlagt en løbetur med xenonkerner til NA61/SHINE-fastmålforsøget på SPS (Super Proton Synchrotron), "forklarer Reyes Alemany Fernandez, der står for heavy-ion-løb. "Vi benytter derfor lejligheden til et kort løb med xenon på LHC."

"Det er en enestående mulighed for både at udforske LHC's muligheder med en ny type stråle og at opnå nye fysiske resultater, "siger John Jowett, fysikeren med ansvar for heavy-ion-bjælker ved LHC.

Og hvem ved? Måske vil dette hidtil usete løb føre til nogle overraskende opdagelser. "Eksperimenterne vil udføre den samme slags analyser med xenonioner, som de gør med blyioner, men, fordi xenonkernerne har mindre masse, kollisionens geometri er anderledes, "forklarer Jamie Boyd, LHC -programkoordinator, der er ansvarlig for forbindelsen mellem LHC -maskinen og eksperimentteams. Kraftige ionkollisioner tillader fysikere at studere kvark-gluonplasma, en tilstand af stof, der menes at have eksisteret kort tid efter Big Bang. I denne ekstremt tætte og varme ursuppe, kvarker og gluoner bevægede sig frit rundt, uden at blive begrænset af den stærke kraft af protoner og neutroner, som de er i vores univers i dag.

At skifte fra protoner til xenon er ikke et stykke kage, imidlertid. Et hold har forberedt acceleratorkomplekset til xenon -løbet siden starten af ​​året. Atomer i gassen accelereres og fjernes fra deres 54 elektroner i fire på hinanden følgende acceleratorer, før de lanceres i LHC. "Antallet af bundter og omdrejningsfrekvensen varierer meget mellem protoner og xenonkerner, "forklarer Reyes Alemany Fernandez." En af vanskelighederne er at justere og synkronisere acceleratorernes radiofrekvenssystemer. "

Efter at xenon -kørslen i LHC varede et par timer, xenonkerner vil fortsætte med at cirkulere i acceleratorkomplekset, men kun for så vidt angår SPS. I otte uger, SPS vil levere xenonioner til NA61/SHINE -eksperimentet, som også studerer kvark-gluonplasma, men hvis analyser vil supplere dem, der er udført ved LHC -eksperimenterne. Mere specifikt, NA61/SHINE er interesseret i afgørelsespunktet, en kollision-energitærskel, over hvilken oprettelse af kvark-gluonplasma ville være mulig. NA61/SHINE tester således systematisk mange kollisionsenergier ved hjælp af ioner af forskellige masser. Efter bly, beryllium og argon, det er nu xenons tur til at indtage scenen.