LHC fremskynder sine første atomer

Protoner kan være Large Hadron Colliders brød og smør, men det betyder ikke, at det ikke kan kræve mere eksotisk smag fra tid til anden. På onsdag, 25. juli, for allerførste gang, operatører injicerede ikke bare atomkerner, men bly "atomer" indeholdende en enkelt elektron i LHC. Dette var en af ​​de første proof-of-princippetests for en ny idé kaldet Gamma Factory, del af CERN's Physics Beyond Colliders -projekt.

"Vi undersøger nye ideer til, hvordan vi kan udvide det nuværende CERN -forskningsprogram og infrastruktur, "siger Michaela Schaumann, en ansvarlig LHC -ingeniør. "At finde ud af, hvad der er muligt, er det første trin."

Under normal drift, LHC producerer en konstant strøm af proton-proton-kollisioner, smadrer derefter atomkerner sammen i cirka fire uger lige før den årlige vinterlukning. Men i en håndfuld dage om året, acceleratorfysikere får prøve noget helt nyt i perioder med maskinudvikling. Tidligere har de accelererede xenonkerner i LHC og testede andre slags delvist strippede blyioner i SPS-acceleratoren.

"Dette særlige LHC -løb var virkelig det sidste trin i en række tests, "siger fysiker Witold Krasny, som koordinerer en studiegruppe på omkring 50 forskere til at udvikle nye måder at producere højenergi gammastråler på.

Accelerering af blykerner med en resterende elektron kan være udfordrende på grund af hvor delikate disse atomer er. "Det er virkelig nemt ved et uheld at fjerne elektronen, "forklarer Schaumann." Når det sker, kernen styrter ind i væggen af ​​strålerøret, fordi ladningen ikke længere er synkroniseret med LHC's magnetfelt. "

Under det første løb, operatører injicerede 24 bundter af "atomer" og opnåede en lavenergi-stabil stråle inde i LHC i omkring en time. De rampede derefter LHC op til sin fulde effekt og fastholdt strålen i cirka to minutter, før den blev skubbet ud i stråledumpen. "Hvis for mange partikler går ud af kurs, LHC dumper automatisk strålen, " siger Schaumann. "Vores hovedprioritet er at beskytte LHC'en og dens magneter."

Efter at have kørt magneterne gennem genstartcyklussen, Schaumann og hendes kolleger forsøgte igen, denne gang med kun seks bundter. De lod strålen cirkulere i to timer, før de med vilje dumpede den.

"Vi forudsagde, at levetiden for denne særlige slags stråle inde i LHC ville være mindst 15 timer, " siger Krasny. "Vi var overraskede over at erfare, at levetiden kunne være så meget som omkring 40 timer. Nu er spørgsmålet, om vi kan bevare den samme stråle levetid ved en højere intensitet ved at optimere kollimatorindstillingerne, som stadig var sat op til protoner under denne specielle kørsel."

Fysikere laver disse tests for at se, om LHC en dag kan fungere som en gammastrålefabrik. I dette scenario, forskere ville skyde de cirkulerende "atomer" med en laser, får elektronen til at hoppe op i et højere energiniveau. Da elektronen falder ned igen, det spytter en lyspartikel ud. Under normale omstændigheder, denne lyspartikel ville ikke være særlig energisk, men fordi "atomet" allerede bevæger sig tæt på lysets hastighed, energien fra den udsendte foton øges, og dens bølgelængde presses (på grund af Doppler -effekten).

Disse gammastråler ville have tilstrækkelig energi til at producere normale "stof" -partikler, såsom kvarker, elektroner og endda muoner. Fordi stof og energi er to sider af den samme mønt, disse højenergi gammastråler ville forvandle sig til massive partikler og kunne endda forvandle sig til nye former for stof, såsom mørkt stof. De kan også være kilden til nye typer partikelstråler, såsom en myonstråle.

Selvom det stadig er langt væk, testene i denne uge var et vigtigt første skridt i at se, hvad der er muligt.