Achegándonos ao LHC
A fonte de protóns (proton source) é onde todo comeza no CERN.
A actual fonte de protóns está situada no Linac4 despois do Long Shutdown 2 2019-2022. O seu funcionamiento explícase na sección dedicada ao Linac4. Neste caso, esta foente proporciona ions H(-).
Por razóns históricas explicamos deseguido como era o proceso cando o Linac2 estaba en funcionamento.
Para ter unha información máis precisa de como se producen actualmente os feixes de protóns durante o proceso de inxección consúltese aquí.
Para "fabricar" os protóns, inxectábase gas hidróxeno dentro dun cilindro de metal -Duoplasmatron- para que o campo eléctrico disociase os átomos en protóns e electróns. Este proceso daba lugar a un 70 % de protóns.
Anterior Fonte de Protóns |
Cuadrupolo de RF - 90 KeV |
LINAC2 - 50 MeV |
Tripletes de 81 paquetes son enviados ao acelerador circular de 7 km de perímetro Super Proton Synchrotron (SPS) onde esperarán 10.8, 7.2, 3.6, ou cero segundos se forman parte do primeiro, segundo, terceiro, ou cuarto grupo inxectado desde o PS to the SPS. O SPS aceléraos ata 450 GeV en 4.3 segundos, e son enviados ao LHC.
PS Booster 1.4 GeV |
Proton Synchrotron 25 GeV |
Super PS 450 GeV |
LINAC4 - 160 MeV |
||
Polo tanto, o tempo que vai desde a fonte de protóns ata o SPS está entre: 0.53 + 1.025 + 4.3 = 5.86 segundos e 0.53 + 1.2 + 1.025 + 10.8 + 4.3 = 17.86 segundos Os protóns son transferidos ao LHC (en ámbolos dous sentidos), en 12 "superciclos" de 234 paquetes. O tempo de enchido de 4’20’’. No LHC os protóns teñen que agardar ata 20 minutos no nivel enerxético de 450 GeV de inxección antes dos 25 minutos necesarios para seren acelerados ata os 7 TeV. Eses 45 minutos dominan o tempo de tránsito. LHC 7 TeV (protón) (2,76 TeV/nucleón iones de Pb) Durante a longa parada LS2 (2019-2022) realizáronse importantes traballos de actualización e mellora na cadea de aceleradores. Máis información aquí. Up-to-date and general information can be found in Meltronx CERN Large Hadron Collider Live Panels (só dispoñible en PC). Os dos feixes de partículas permanecen no colisionador, á máxima enerxía, unhas 10 horas. É o chamado "beam lifetime" (tempo de vida do feixe). Nese tempo, os protones terán realizado cuatrocentos millóns de revolucións dentro da máquina. En cada volta, un certo número de protóns son perdidos. Esto é debido á eficacia limitada dos sistemas magnéticos que controlan os feixes, interaccións coas moléculas do gas residualnos tubos de baleiro, interacción culombiana cos protóns que veñen en sentido contrario nas zonas de colisión, son algunhas das razóns destas pérdidas de partículas do feixe. Ademais,prodúcese a interacción, tamén culombiana, entre os protóns que forman os paquetes (bunches) que conforman o feixe. Como os protóns oscilan lixeiramente arredor da súa traxectoria circular, poden entrar en contacto con outros protóns do mesmo paquete, podendo haber modificacións nos seus momentos lineais que provocan a súa inestabilidade. Os sistemas multipolares magnéticos non poderán correxir eses cambios, xerándose a perda desas partículas no tubo de baleiro. Esto é o que se coñece como efecto Touschek, en honra do físico austríaco Bruno Touschek. Estes movementos caóticos poden chegar ao extremo de descontrolar o feixe, o que provocaría a trasferencia de enerxía sobre o sistema crioxénico, o que implicaría a perda das condicións de superconductividade (quenching), que tería moi negativas consecuencias. Por iso, baleirar os tubos (dumping) faise preciso, para desde o SPS inxectar unha nova colección de paquetes no LHC. Así que despois de 10 h de colisións o feixe de partículas debe ser extraído. O campo magnético dos dipolos magnéticos baixa ata os 0.54 T, permanecendo así entre 20–40 min. Neste período de tempo o proceso de inxección é repetido e os dipolos volven a acadar os 8.3 T fara iniciarse outro ciclo de colisións a alta enerxía. A máquina está deseñada para soportar uns 20000 ciclos deste tipo en 20 anos de vida útil, e asemade entre 20–30 ciclos térmicos. |
AUTORES Xabier Cid Vidal, Doctor en Física de Partículas (experimental) pola Universidad de Santiago (USC). Research Fellow in experimental Particle Physics no CERN, desde xaneiro de 2013 a decembroe de 2015. Estivo vencellado ao Depto de Física de Partículas da USC como becario "Juan de la Cierva", "Ramon y Cajal" (Spanish Postdoctoral Senior Grants), e Profesor Contratado Doutor. Desde 2023 é Profesor Titular de Universidade nese Departamento (ORCID). Ramon Cid Manzano, foi catedrático de Fïsica e Química no IES de SAR (Santiago - España), e Profesor Asociado no Departamento de Didáctica de Ciencias Experimentais da Facultade de Educación da Universidad de Santiago (España), ata o seu retiro en 2020. É licenciado en Física, licenciado en Química, e Doutor pola Universidad de Santiago (USC).(ORCID). |
CERN CERN Experimental Physics Department CERN and the Environment |
LHC |
NOTA IMPORTANTE
Toda a Bibliografía que foi consultada para esta Sección está indicada na Sección de Referencias
© Xabier Cid Vidal & Ramon Cid - rcid@lhc-closer.es | SANTIAGO |