LHC przygotowuje się do nowych wyzwań

Magnesy nadprzewodzące i prace przy poprawie jakości obwodów nadprzewodzących prowadzone podczas pierwszej przerwy w działaniu LHC w latach 2013-2014

Magnesy nadprzewodzące i prace przy poprawie jakości obwodów nadprzewodzących prowadzone podczas pierwszej przerwy w działaniu LHC w latach 2013-2014

Po kilkuletnim okresie doskonałego działania, Wielki Zderzacz Hadronów (ang.: LHC) wraz z całym kompleksem akceleratorowym CERN i eksperymentami został zatrzymany na ponad dwa lata w celu modernizacji.

Akcelerator LHC, oddany do użytku w 2009 roku został wczesnym rankiem 3 grudnia zatrzymany na ponad dwa lata, kończąc bardzo udany drugi okres pracy najpotężniejszego przyspieszacza cząstek na świecie. Podczas dwuletniej przerwy LHC wraz z całym zespołem akceleratorowym CERN poddany zostanie niezbędnej konserwacji i modernizacji.

W drugim już okresie pracy (2015-2018) swoim bezawaryjnym działaniem LHC przeszło pierwotne oczekiwania, dostarczając w sumie około 16 milionów miliardów zderzeń proton-proton przy energii 13 TeV i dodatkowo dużą ilość danych kolizji ołów-ołów przy energii 5.02 TeV na nukleon. To przełożyło się na ogromną ilość zebranych danych, w sumie ponad 300 petabajtów (300 milionów gigabajtów) – co odpowiada 1000 lat nieprzerwanej transmisji wideo! Analizując zebrane dane eksperymenty LHC przedstawiły bardzo wiele wyników, w ten sposób poszerzając nasza wiedzę na temat podstawowych praw przyrody i ewolucji Wszechświata. Wiele badań poświęconych było lepszemu poznaniu własności bozonu Higgsa, odkrytego w 2012 roku podczas pierwszego okresu pracy LHC, cząstki będącej ostatnim, brakującym elementem Modelu Standardowego, precyzyjnie opisującego najmniejsze, elementarne cząstki i oddziaływania pomiędzy nimi. Ta wyjątkowa cząstka stanowi też okno dla poszukiwania zjawisk wykraczających poza ramy Modelu Standardowego. Stąd tak ważne jest dokładne poznanie jej masy, mechanizmów produkcji i rozpadu. Dane z ostatnich lat umożliwiły eksperymentom ATLAS i CMS zaobserwowanie produkcji bozonu Higgsa stowarzyszonej z produkcją pary kwarków top anty-top oraz obserwacje rozpadu tego bozonu na parę kwarków bottom anty-bottom. Oba zjawiska są co prawda przewidywane przez Model Standardowy, ale ich obserwacja wymagała szczególnie dużej ilości danych ze względu na rzadkość występowania i przeważające tło.

W tym samym czasie eksperyment LHCb dokonał wielu precyzyjnych pomiarów parametrów Modelu Standardowego oraz odkrył egzotyczne nowe cząstki: Ξcc++ oraz pentakwarki. Eksperyment ALICE prowadził w tym czasie obserwację nowych zjawisk w zderzeniach proton-proton i proton-ołów.

W czasie dwuletniej przerwy dużej modernizacji ulegnie system wstępnego przyspieszania wiązek protonów, aby umożliwić o wiele większą intensywność wiązek wstrzykiwanych do LHC. Wymienionych zostanie 20 magnesów nadprzewodzących, a cały system magnesów LHC zostanie dodatkowo zabezpieczony w razie nagłej utraty nadprzewodnictwa (ang.: quench). Podobnie jak miało to miejsce podczas budowy LHC oraz w czasie poprzedniej długiej przerwy technicznej (2013-2014), podczas rozpoczynającej się modernizacji grupa ponad 20 osób z IFJ PAN będzie czuwać nad jakością nadprzewodzących obwodów elektrycznych LHC (ang. Electrical Quality Assurance). Prace wykonywane będą przy użyciu sprzętu i oprogramowania przygotowanego przez pracowników IFJ PAN we współpracy z CERN. Wszystko to umożliwi LHC po ponownym rozruchu przyspieszanie wiązek do nominalnej energii 7 TeV, a nie 6.5 TeV jak dotychczas.

Kontynuowane też będą prace przy budowie dodatkowych przestrzeni podziemnych niezbędnych w kolejnej fazie działania LHC – tzw. LHC Wysokiej Świetlności, (ang. HiLumi LHC) który zostanie uruchomiony po 2025 roku. Inżynierowie z IFJ PAN już teraz są zaangażowani w przygotowania do konstrukcji HiLumi LHC. W latach 2017-2018 uczestniczyli w projekcie budowy tzw. crab cavities, urządzeń kształtujących wiązkę w punkcie zderzenia tak, aby uzyskać maksymalną liczbę kolizji. Obecnie pracują nad projektem połączeń nadprzewodzących do zasilania magnesów HiLumi LHC.

Wiązki protonowe pojawią się ponownie w LHC na wiosnę 2021 roku rozpoczynając trzeci okres pracy akceleratora.