LHC beginnt Protonenstrahlen mit Strahlen aus schweren Ionen zu kollidieren

Anonim

Nach sieben erfolgreichen Monaten der Kollision von Protonenstrahlen bei der Suche nach neuen fundamentalen Teilchen begann der LHC heute, Protonenstrahlen mit Strahlen zu kollidieren, die aus schweren Ionen - den Kernen von Bleiatomen - bestehen.

Das Studium dieser asymmetrischen Kollisionen wird Physikern einige Milli- onstel Sekunden nach dem Urknall einen präziseren Einblick in den Zustand des Universums geben.

Während dieser kurzen Zeit war das Universum mit allen Arten von Teilchen gefüllt, die sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegten. Die Mischung wurde von Quarks dominiert - fundamentale Einheiten der Materie - und von Gluonen, Trägern der starken Kraft, die normalerweise Quarks in bekannte Protonen und Neutronen bindet. In diesen ersten Momenten extremer Temperaturen und Dichten hatten sich noch keine Protonen und Neutronen gebildet, und die Quarks und Gluonen waren nur schwach gebunden und konnten sich in einem so genannten Quark-Gluon-Plasma frei bewegen.

Normalerweise rekonstruieren Physiker diese Bedingungen, indem sie zwei Strahlen kollidieren, die beide aus der gleichen Art schwerer Ionen bestehen, wie Blei.

Doch in einer Nacht im September 2012 entschieden sich LHC-Physiker zum ersten Mal dazu, Strahlen aus zwei verschiedenen Teilchen zu kollidieren - Schwerionen mit den weniger massiven Protonen. Bei der Analyse der Daten waren die Forscher überrascht, dass in einem Bruchteil der Kollisionen Zeichen einer kollektiven Erweiterung des Systems zu sehen waren, eine Art Mini-Urknall. Dies ist ein charakteristisches Merkmal von Blei-Blei-Stößen, und es ist bekannt, dass es mit den Eigenschaften von Quark-Gluon-Plasma in Verbindung gebracht wird, aber es wurde noch nie zuvor in Blei-Proton-Kollisionen beobachtet.

Dann, im Jahr 2013, bestätigte ein monatelanger Verlauf von Protonen-Blei-Kollisionen diese ersten Beobachtungen.

In diesem Jahr werden Protonen- und Bleistrahlen bei zwei verschiedenen Energien kollidiert: 5, 02 TeV und später im Monat maximal 8, 16 TeV. Die niedrigere Energie entspricht der der Blei-Blei-Stöße im Jahr 2015, der früheren Protonen-Blei-Stöße und auch einiger Proton-Proton-Stöße, sodass die Forscher direkte Vergleiche zwischen allen dreien vornehmen können.

"Proton-Lead-Kollisionen sind etwas, das der LHC ursprünglich nicht vorgesehen war, aber jetzt hat es ein noch größeres physikalisches Interesse als erwartet. Alle Experimente sind dem Programm beigetreten, einschließlich LHCb, das ursprünglich kein Experiment mit schweren Ionen war. "sagt John Jowett, der Beschleunigerphysiker des CERN, der für schwere Ionen im LHC verantwortlich ist.

Während alle Experimente einige Daten benötigen, wird der niedrigere Energie-Lauf hauptsächlich für die Wissenschaftler im ALICE-Experiment des CERN durchgeführt, die viel mehr Daten von mehr Ereignissen und mit höherer Genauigkeit sammeln wollen, um bessere Statistiken zu erhalten als 2013.

"Wir freuen uns sehr über die Möglichkeit, eine völlig neue Facette dieses Phänomens zu verstehen. Wenn wir verstehen, wie stark sich die Materie im einfacheren Protonen-Leitungssystem verhält, könnte dies den Schlüssel zum Verständnis der Bildung des Quark-Gluon-Plasmas liefern "erklärt Federico Antinori, der gewählte Sprecher des ALICE-Experiments des CERN.

Bleiionen haben eine 82-fache Ladung und sind 206, 4 mal massereicher als Protonen. Die Kollision dieser asymmetrischen Strahlen mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften und Lebensdauern führt zu vielen Herausforderungen für Physiker und Betreiber des LHC-Beschleunigers. Ein großer Teil der vorbereitenden technischen Arbeiten wurde in der letzten Woche des technischen Stopps durchgeführt, einschließlich spezieller Modifikationen der Strahlinstrumentierung des LHC und der Systeme, die den Strahl injizieren.

"Es wurde angenommen, dass dies überhaupt nicht funktionieren würde, da sich Partikel unterschiedlicher Typen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit um den LHC bewegen. Bei der Injektionsenergie ist der Leitstrahl etwas langsamer als die Protonen und macht somit sieben Umdrehungen weniger um den Ring. die Protonen machen 674.729 in dieser Zeit). Diese Probleme wurden 2012 gelöst, aber die Strahlphysik und die operationelle Einrichtung bleiben ein kompliziertes und wenig erforschtes Gebiet. " Jowett sagt.

"Dies ist das erste Mal, dass wir seit 2013 Blei-Proton-Kollisionen durchführen und dabei Daten bereitstellen, die für die Interpretation der Ergebnisse der Blei-Blei-Kollisionen wichtig sind", sagt Frédérick Bordry, CERN-Direktor für Beschleuniger und Technologie. "Es ist auch die letzte Ionenserie bis 2018."

menu
menu