Ein neuartiges Strahldiagnoseinstrument, das von Forschern der QUASAR-Gruppe der Universität Liverpool entwickelt wurde, ist jetzt im Large Hadron Collider (LHC), dem leistungsstärksten Teilchenbeschleuniger der Welt, voll funktionsfähig. Dies stellt einen bedeutenden Fortschritt auf dem Gebiet der Beschleunigerphysik dar und ermöglicht eine präzisere, nicht-invasive Überwachung hochenergetischer Teilchenstrahlen.
Die Herausforderung der Strahlmessung
Die Messung der Eigenschaften von Teilchenstrahlen bei extremen Energien ist eine komplexe Aufgabe. Herkömmliche Methoden stören oft die Strahlen selbst, was die Genauigkeit der Experimente beeinträchtigt. Das neue Gerät, bekannt als Beam Gas Curtain (BGC) Monitor, überwindet diese Herausforderung, indem es kontinuierliche, nicht-invasive Messungen während des gesamten Betriebszyklus des LHC liefert.
Funktionsweise des Beam-Gasvorhangs
Der BGC-Monitor nutzt eine ultradünne Schicht Neongas – einen „Vorhang“ –, der mit den zirkulierenden Protonen- oder Bleiionenstrahlen interagiert. Diese Wechselwirkung erzeugt schwache Fluoreszenzlichtblitze, die von einem hochentwickelten optischen System erfasst werden. Durch die Analyse dieser Blitze können Wissenschaftler die Größe und Qualität des Strahls mit beispielloser Präzision bestimmen, von der ersten Injektionsphase (450 GeV) bis zur Spitzenenergie des LHC (6,8 TeV).
Jahre der Entwicklung gipfeln im Erfolg
Die Technologie hinter dem BGC-Monitor wurde über ein Jahrzehnt innerhalb der QUASAR-Gruppe konzipiert und verfeinert. Unter der Leitung von Professor Carsten P. Welsch überwand das Team zahlreiche technische Hürden, darunter Vakuumkompatibilität, optisches Design und Softwareintegration. Das Gerät wurde vor seiner Installation am CERN umfangreichen Tests am Cockcroft Institute unterzogen.
Validierte Leistung und zukünftige Auswirkungen
Die Leistung des BGC-Monitors hat die Erwartungen übertroffen und liefert hochpräzise Messungen sowohl für Protonen- als auch für Schwerionenstrahlen. Eine unabhängige Validierung bestätigt, dass die Ergebnisse eng mit etablierten LHC-Diagnostika, wie dem Beam Synchrotron Radiation Telescope und Emissionsscans bei den ATLAS- und CMS-Experimenten, übereinstimmen.
Die Zulassung des BGC-Monitors für den Dauerbetrieb (~2.000 Stunden pro Jahr) öffnet die Tür für ähnliche Systeme in anderen großen Forschungseinrichtungen. Dazu gehören die Europäische Spallationsquelle in Schweden, der Electron Ion Collider in den USA und sogar medizinische Beschleunigeranwendungen.
„Dieser Erfolg zeigt, wie universitäre Innovation direkt die Werkzeuge prägen kann, die die größten wissenschaftlichen Instrumente der Welt am Laufen halten“, sagte Professor Welsch. „Es ist ein sehr stolzer Moment für Liverpool und für alle Studenten und Forscher, die zu dieser bemerkenswerten Reise beigetragen haben.“
Der BGC-Monitor stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Beschleunigertechnologie dar und ermöglicht eine präzisere Steuerung und Überwachung von Teilchenstrahlen in den weltweit führenden wissenschaftlichen Einrichtungen
