Nowy instrument do diagnostyki wiązki opracowany przez naukowców z grupy QUASAR z Uniwersytetu w Liverpoolu stał się w pełni operacyjny w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC), najpotężniejszym akceleratorze cząstek na świecie. Oznacza to znaczący postęp w fizyce akceleratorów, umożliwiający dokładniejsze i nieinwazyjne monitorowanie wiązek cząstek o wysokiej energii.
Trudność w pomiarze wiązki
Pomiar właściwości wiązek cząstek przy ekstremalnych energiach jest trudnym zadaniem. Tradycyjne metody często zakłócają same wiązki, zmniejszając dokładność eksperymentów. Nowy instrument, znany jako kurtynowy monitor gazu (BGC), rozwiązuje ten problem, zapewniając ciągłe, nieinwazyjne pomiary w całym cyklu operacyjnym LHC.
Zasada działania kurtyny gazowej
Monitor BGC wykorzystuje ultracienką warstwę gazu neonowego, „kurtynę”, która oddziałuje z krążącymi protonami lub jonami ołowiu. Ta interakcja wytwarza słabe błyski światła fluorescencyjnego, które są wykrywane przez złożony układ optyczny. Analizując te rozbłyski, naukowcy mogą określić rozmiar i jakość wiązki z niespotykaną dotąd precyzją, od początkowego etapu wtrysku (450 GeV) do szczytowej energii LHC (6,8 TeV).
Kulminacja lat rozwoju
Technologia stojąca za monitorem BGC była rozwijana i udoskonalana przez dekadę w Grupie QUASAR. Zespół kierowany przez profesora Carstena P. Welscha pokonał wiele przeszkód technicznych, w tym kompatybilność próżniową, konstrukcję optyczną i integrację oprogramowania. Urządzenie przeszło szeroko zakrojone testy w Instytucie Cockroft przed instalacją w CERN.
Sprawdzona wydajność i wpływ na przyszłość
Wydajność monitora BGC przekroczyła oczekiwania, zapewniając bardzo dokładne pomiary zarówno dla wiązek protonów, jak i jonów. Niezależna weryfikacja potwierdza, że wyniki są ściśle zgodne z ustalonymi systemami diagnostycznymi LHC, takimi jak Synchrotron Radiation Telescope i skanami emitancji z eksperymentów ATLAS i CMS.
Zatwierdzenie przez BGC monitora do pracy ciągłej (~2000 godzin rocznie) otwiera drzwi do podobnych systemów w innych dużych ośrodkach badawczych. Należą do nich europejskie źródło spallacyjne w Szwecji, zderzacz elektronów i jonów w USA, a nawet akceleratory medyczne.
„To osiągnięcie pokazuje, jak innowacje uniwersyteckie mogą bezpośrednio kształtować narzędzia wspierające największe instrumenty naukowe na świecie” – powiedział profesor Welsh. „To bardzo dumny moment dla Liverpoolu oraz dla wszystkich studentów i badaczy, którzy przyczynili się do tej niezwykłej podróży”.
Monitor BGC stanowi znaczący postęp w technologii akceleratorów, umożliwiając bardziej precyzyjną kontrolę i monitorowanie wiązek cząstek w wiodących na świecie placówkach naukowych.
