В пятницу, 18 ноября, на Большом адронном коллайдере (БАК) было проведено испытание с использованием столкновений ионов свинца, которое дало возможность экспериментам проверить новые детекторы и новые системы обработки данных перед физикой свинца в следующем году.

После успешного старта запуска 3 в июле этого года, в ходе которого наблюдались протон-протонные столкновения при рекордной энергии 13,6 ТэВ, настала очередь ядер свинца снова циркулировать в LHC в прошлую пятницу после перерыва в четыре года. Ядра свинца состоят из 208 нуклонов (протонов и нейтронов) и используются на БАК для изучения кварк-глюонной плазмы (КГП), состояния вещества, в котором элементарные составляющие, кварки и глюоны, не ограничены нуклонами, но могут двигаться и взаимодействовать. на гораздо большем объеме.

В испытании, проведенном в прошлую пятницу, ядра свинца были ускорены и столкнулись при рекордной энергии 5,36 ТэВ на нуклон-нуклонное столкновение. Это важная веха в подготовке к экспериментам по физике столкновений свинец-свинец, которые запланированы на 2023 г. и последующие годы опытов 3 и 4. В столкновениях свинец-свинец каждый из 208 нуклонов одного из ядер свинца может взаимодействуют с одним или несколькими нуклонами другого ядра свинца.

Комплекс ионного инжектора ЦЕРН претерпел серию модернизаций в рамках подготовки к удвоению общей интенсивности пучков ионов свинца для БАК высокой светимости. Для достижения этой цели в суперпротонном синхротроне (SPS) необходимо использовать технику, называемую «упаковка с проскальзыванием импульса», где две партии из четырех сгустков ионов свинца, разделенные 100 наносекундами, «проскальзывают», чтобы произвести единую партию из 8 свинцовых сгустков. разделены 50 наносекундами.

Это позволит увеличить общее количество сгустков, введенных в БАК, с 648 в ходе 2 до 1248 в ходе 3 и далее. После завершения всех обновлений БАК обеспечит в десять раз большее количество столкновений тяжелых ионов по сравнению с прошлыми запусками.

Испытание также стало важной вехой для ALICE, эксперимента LHC, который специализируется на изучении столкновений ионов свинца. Аппарат ALICE был модернизирован во время недавнего закрытия LHC и теперь оснащен несколькими совершенно новыми или значительно улучшенными детекторами, а также новым аппаратным и программным обеспечением для обработки данных.

Новые детекторы обеспечивают более высокое пространственное разрешение при реконструкции траекторий и свойств частиц, возникающих в результате столкновений. Кроме того, модернизированное устройство и модернизированная цепочка обработки могут записывать полную информацию о столкновениях со скоростью на два порядка выше.

Другие эксперименты использовали тестовый запуск для ввода в эксплуатацию своих модернизированных и недавно установленных подсистем в новой среде тяжелых ионов с более высокой энергией и интервалом между сгустками 50 нс. ATLAS протестировала обновления своего программного обеспечения для выбора (триггера), которое предназначено для улучшения сбора данных по физике тяжелых ионов в прогоне 3. В частности, физики протестировали новый триггер отслеживания частиц, предназначенный для обнаружения более широкого диапазона «ультрапериферийных столкновений»

CMS модернизировала несколько компонентов своих цепей считывания, сбора данных, триггера и реконструкции, чтобы иметь возможность в полной мере использовать преимущества высокоэнергетических столкновений между электродами.

Свинцово-свинцовые наполнители, доставленные LHC, позволили CMS ввести в эксплуатацию всю систему с помощью луча и определить области, которые можно было бы дополнительно оптимизировать для запусков тяжелых ионов в 2023 году. LHCb начал ввод в эксплуатацию своего нового детектора в сложных условиях столкновений свинец-свинец, характеризующихся очень большой множественностью частиц. Помимо столкновений свинец-свинец, LHCb собирал данные о столкновениях свинца и аргона в режиме фиксированной цели с использованием новой системы SMOG2, которая уникальна для эксперимента и предназначена для нагнетания инертных газов в зону столкновения LHCb .

Даже если она очень короткая, программу свинца-свинца 2022 года можно считать успешной для ускорителя LHC, экспериментов и комплекса инжектора тяжелых ионов ЦЕРН. Четыре больших детектора LHC впервые увидели и зафиксировали столкновение свинца с новым рекордом энергии. Теперь исследователи с нетерпением ждут кампании по физике тяжелых ионов в 2023 году и в последующие годы.