Beschleunigerbericht: Vor Schwerionenkollisionen in den LHC injizierte Strahlen

Nach der Reparatur des inneren Triplett-Vakuumlecks nimmt der LHC die Strahlproduktion wieder auf und bereitet sich auf Schwerionenkollisionen vor

31. August 2023

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Von Rende Steerenberg

Am 30. August wurden erneut Strahlen in den Large Hadron Collider (LHC) injiziert, etwas früher als im überarbeiteten Zeitplan. Nun werden einige Tage benötigt, um die Maschine mit dem Strahl wieder in Betrieb zu nehmen, die Sicherheitssysteme der Maschine erneut zu validieren und alle Maschinenparameter zu optimieren, um sicherzustellen, dass sie wieder bereit ist, Strahlen für die physikalische Forschung zu liefern.

Nach der Reparatur des inneren Triplett-Vakuumlecks am 1. August schloss der LHC seine Abkühlung am 22. August ab. Dies ermöglichte Leistungstests – eine Reihe vordefinierter Bewertungen der LHC-Ausrüstung, um ihre Bereitschaft für den regulären Betrieb erneut zu überprüfen. Normalerweise ist das Magnet-Quench-Training Teil des Leistungstests nach einem Aufwärm- und Abkühlzyklus. Als jedoch diesmal der Nennzyklus ausgeführt wurde und ein Strom von bis zu 11.600 A durch die Dipolmagnete floss, kam es bei keinem von ihnen zu einem Quench. Dieses Ergebnis war nicht ganz unerwartet, da der größte Teil der Maschine kalt gehalten wurde und die Temperatur des Lichtbogens 7-8 unter 80 Kelvin blieb. Diese Temperaturschwelle ist entscheidend, da sie den Punkt markiert, ab dem die Änderung der mechanischen Spannungen innerhalb der Magnete signifikant wird.

Der LHC-Zeitplan wurde nach Gesprächen zwischen Vertretern der LHC-Experimente und den LHC-Maschinenteams überarbeitet. Wir kamen zu dem Schluss, dass der reguläre Protonenbetrieb mit dem Auftreten des Lecks endete, da die Wiederaufnahme des Betriebs mit hoher Protonenstrahlintensität bei 6,8 TeV erhebliche Einrichtungs- und Revalidierungszeit erfordern würde. Daher wird der Fokus für den Rest des Jahres auf der Schwerionenphysik liegen, die bereits für das Jahresende geplant war. Ergänzt wird dies durch relativ kurze spezielle Physikläufe mit Protonen, wie etwa Van-de-Meer-Scans zur Kalibrierung der Leuchtkraftmessungen der Experimente und Protonenkollisionen mit stark defokussierten Strahlen an den Wechselwirkungspunkten (High-Beta-Stern) in den Experimenten mit einer komprimierten Maschinenentwicklungssitzung, die ursprünglich für die zweite Julihälfte geplant war.

Das Schwerionenprogramm ab Woche 37 besteht aus zwei Teilen. Der erste ist ein Proton-Proton-Referenzlauf bei einer Energie von 2,68 TeV, gefolgt vom eigentlichen Lauf mit Bleiionenkollisionen in allen vier großen LHC-Experimenten. Ursprünglich auf vier Wochen angesetzt, wurde dieser Blei-Ionen-Kollisionszeitraum nun um eine weitere Woche verlängert. Die letzten Bleiionenstrahlen des Jahres 2023 werden dann am Montag, dem 30. Oktober, um 6 Uhr morgens abgeladen, was den Beginn des Winterstopps für den gesamten CERN-Beschleunigerkomplex markiert. Bis dahin ist die Vorfreude auf eine arbeitsreiche, herausfordernde und vor allem erfolgreiche Physikzeit groß.

Die Wiederaufnahme des Strahlbetriebs ist nicht nur eine Bereicherung für die Physikergemeinschaft, sondern auch für alle engagierten Menschen, die hart gearbeitet und über den Tellerrand hinaus gedacht haben, um das beispiellose Vakuumleck in viel kürzerer Zeit als mit Standardverfahren zu reparieren angewendet worden wäre. Diese Leistung unterstreicht die Stärke, Qualität und den Innovationsgeist der wissenschaftlichen und technischen Teams des CERN.