Primul fascicul la LHC: o zi memorabilă

Marele accelerator (Large Hadron Collider) de la CERN

a depăşit toate aşteptările cu primul său fascicul de protoni

Pe 10 septembrie, puţin inainte de ora 10.30 dimineaţa, două puncte colorate pe marele ecran al Centrului de Control al CERN-ului au marcat prima rotaţie completă a unui fascicul de protoni care parcursese traseul in sens orar. Era mai puţin de o oră de cand echipa de operatori incepuse injectarea Fasciculului 1 in acceleratorul asupra căruia erau aţintiţi ochii intregii lumi. Lyn Evans, directorul proiectului LHC, era mai mult decat mulţumit: Este mai mult decat in cel mai indrăzneţ vis al meu.

Către sfarşitul zilei, nu numai că Fasciculul 2, deplasandu- se in sens antiorar, parcursese şi el intregul circuit, dar parcursese mai bine de 300 de ture. A fost o experienţă extraordinară, urmată de cateva zile de progres continuu, pană cand o pană de circuit la un magnet a impus oprirea experimentului pană la primăvara viitoare. Incidentul s-a produs in sectorul 3-4 al LHC. Cu toate acestea, cele cateva zile care s-au scurs, au demonstrat că, aşa cum a zis Lyn Evans, maşina funcţionează minunat.

***

Echipa de operare pregătise acceleratorul SPS (Super Proton Syncrotron) pentru injectarea fasciculului incă de la ora 8 dimineaţa, iar procedura de lansare a fasciculului 1 a inceput imediat. La 9.30 dimineaţa echipa era gata de pornire punand in funcţiune dispozitivele de deflectare a fasciculului (the kickers) pentru a indrepta fasciculul spre un beam stop aflat chiar inaintea punctului de interacţiune de la Punctul 2 al inelului de accelerare. Aşa cum prevedea planul, fasciculul trebuia să conţină un singur grup de particule, iar inelul de accelerare al LHC trebuia să se deschidă treptat. In dreptul fiecăruia din cele patru puncte ocupate de instalaţiile experimentelor de la LHC, fasciculul trebuia să fie iniţial oprit prin inchiderea colimatoarelor, pentru a permite efectuarea unor corecţii, dacă acestea ar fi fost necesare. Apoi colimatoarele trebuiau deschise, pentru a permite trecerea fasciculului următor prin detector şi mai departe, in lungul inelului.

Totul mergea ceas: fasciculul ajunge colimator, colimatorul se deschide, fasciculul ajunge la următorul colimator şi aşa mai departe. Fiecare din cei trei mari detectori instalaţi la LHC - Alice (Punctul 2), CMS (Punctul 5), LHCb (Punctul 8) şi ATLAS (Punctul 1) se aprindeau pe măsură ce primele particule din fasciculul 1 loveau colimatorii creand alte particule, in argoul local numite deşeuri (debris).

Procedura de lansare a fasciculului 2 (in sens antiorar) a mers aproape tot atat de neted. Startul a fost amanat pană la ora 13.30 din cauza unor probleme minore legate de criogenie, care au şi incetinit propagarea de la punctul de injectare in Punctul 8 al acceleratorului pană la Punctul 6, unde fasciculul a ajuns la ora 13.55. Dificultăţi minore au făcut ca fasciculul să nu ajungă la detectorul CMS aflat la Punctul 5 decat după alte 30 de minute. Totuşi, la ora 15 fasciculul 2 incheiase primul său tur complet. După o pauză bine meritată pentru a lăsa impresiile acumulate să se aşeze şi pentru a-şi aduna gandurile, la ora 16 Centrul de Control al CERN-ului a inceput să analizeze cat se poate de serios proprietăţile fasciculului 2 şi să-l programeze pentru mai multe rotaţii. Măsurătorile efectuate de-a lungul a catorva ore asupra răspunsurilor date de kick-uri şi asupra dispersiei fasciculului au arătat că fasciculul este cu adevărat cuminte. In jurul orei 21.30, la 12 ore după injectarea Fasciculului 1, Fasciculul 2 parcursese intregul inel al acceleratorului de cel puţin 300 de ori.

La sfarşitul zilei de 10 septembrie, munca echipei de operare de abia incepea. Efectuarea unei rotaţii complete de către un grup de particule insemna că s-a parcurs o etapă majoră. Problema cheie a accelerării constă insă in captarea particulelor cu un sistem de unde radio (RF) - al căror camp electric este campul de accelerare - şi sincronizarea fasciculului cu campul de radiofrecvenţă de-a lungul mai multor mii de rotaţii, aşa cum se preconizează a fi in timpul experienţelor.

A doua zi după lansarea primului fascicul s-a făcut un pas esenţial: introducerea campului de radiofrecvenţe şi investigarea modificărilor produse in distribuţia particulelor dintr-un grup in timpul propagării prin inelul de accelerare.

După cum spune Evans, acesta era unul dintre multiplele motive de nelinişte in zilele cand CERN-ul, făcand o muncă de pionierat, a transformat SPS-ul intr-un accelerator cu fascicule proton-antiproton incrucişate. Zgomotul dispozitivelor care creează campul de radiofrecvenţa (klystrons)se poate propaga şi poate modifica iremediabil distribuţia particulelor dintr-un grup.

Primele teste din 10 septembrie au arătat că Evans nu trebuia să-şi facă griji, deoarece profilul distribuţiei particulelor dintr-un grup - aşa numitul mountain-range plot - arăta clar existenţa unui grup compact de particule după mai multe rotaţii ale Fasciculului 2. In lipsa campului de radiofrecvenţe, un grup compact de particule se dispersează pe măsură ce particulele se indepărtează de orbita perfectă; the mountain-range plot se lărgeşte rapid şi se aplatizează. Cand campul de frecvenţe radio are o frecvenţă şi o fază corecte, grupurile de particule sunt captate de camp şi the mountain-range plot arată ca o cută continuă, cu o coamă ingustă. La sfarşitul acelei zile, la numai o zi de la primul fascicul, grupurile de particule păstrau un profil longitudinal perfect. După cum spunea Evans, acesta este adevăratul moment cand se bea şampanie!

Adaptare după CERN Courier, noiembrie 2008

de Liliana MICU