Een nieuw bundeldiagnostisch instrument ontwikkeld door onderzoekers van de QUASAR Group van de Universiteit van Liverpool is nu volledig operationeel binnen de Large Hadron Collider (LHC), ‘s werelds krachtigste deeltjesversneller. Dit markeert een aanzienlijke vooruitgang op het gebied van de versnellerfysica, waardoor een nauwkeurigere, niet-invasieve monitoring van hoogenergetische deeltjesbundels mogelijk wordt.
De uitdaging van straalmeting
Het meten van de eigenschappen van deeltjesbundels bij extreme energieën is een complexe taak. Traditionele methoden verstoren vaak de bundels zelf, waardoor de nauwkeurigheid van experimenten in gevaar komt. Het nieuwe apparaat, bekend als de Beam Gas Curtain (BGC)-monitor, overwint deze uitdaging door continue, niet-invasieve metingen te leveren gedurende de operationele cyclus van de LHC.
Hoe het straalgasgordijn werkt
De BGC-monitor maakt gebruik van een ultradun vel neongas – een ‘gordijn’ – dat in wisselwerking staat met de circulerende protonen- of loodionenbundels. Deze interactie produceert zwakke flitsen van fluorescentielicht, die worden opgevangen door een geavanceerd optisch systeem. Door deze flitsen te analyseren kunnen wetenschappers de grootte en kwaliteit van de straal met ongekende precisie bepalen, vanaf de initiële injectiefase (450 GeV) tot aan de piekenergie van de LHC (6,8 TeV).
Jarenlange ontwikkeling culmineren in succes
De technologie achter de BGC-monitor is gedurende een decennium bedacht en verfijnd binnen de QUASAR Group. Onder leiding van professor Carsten P. Welsch overwon het team talloze technische hindernissen, waaronder vacuümcompatibiliteit, optisch ontwerp en software-integratie. Het apparaat onderging uitgebreide tests bij het Cockcroft Institute voordat het bij CERN werd geïnstalleerd.
Gevalideerde prestaties en toekomstige impact
De prestaties van de BGC-monitor hebben de verwachtingen overtroffen en leveren uiterst nauwkeurige metingen op voor zowel protonen- als zware ionenbundels. Onafhankelijke validatie bevestigt dat de resultaten nauw aansluiten bij gevestigde LHC-diagnostiek, zoals de Beam Synchrotron Radiation Telescope en emissiescans bij de ATLAS- en CMS-experimenten.
De goedkeuring van de BGC-monitor voor continu gebruik (~2.000 uur per jaar) opent de deur voor soortgelijke systemen in andere grote onderzoeksfaciliteiten. Dit omvat de Europese Spallation Source in Zweden, de Electron Ion Collider in de VS en zelfs medische versnellertoepassingen.
“Deze prestatie laat zien hoe universitaire innovatie rechtstreeks vorm kan geven aan de instrumenten die de grootste wetenschappelijke instrumenten ter wereld draaiende houden”, aldus professor Welsch. “Het is een heel trots moment voor Liverpool en voor alle studenten en onderzoekers die hebben bijgedragen aan deze opmerkelijke reis.”
De BGC-monitor vertegenwoordigt een belangrijke stap voorwaarts in de versnellertechnologie, waardoor een nauwkeurigere controle en monitoring van deeltjesbundels mogelijk wordt bij ‘s werelds toonaangevende wetenschappelijke faciliteiten
