Összenyomták a nyalábokat, jelentősen nőtt az ütközések száma az LHC-ben

Először sikerült stabil, összenyomott nyalábokat létrehozni az LHC-ben 3,5 TeV-en. A nyalábösszenyomás következtében jelentősen nőtt a részecskék közötti ütközések száma, így sokkal több adathoz jutottak a fizikusok.

Mint azt egyik előző bejegyzésünkben írtuk, az ütközőnyalábos gyorsítóknál az ún. luminozitástól függ, hogy mekkora az ütközések száma a nyalábok találkozási felületén, azaz hány ütközés történik másodpercenként és négyzetcentiméterenként. Ez függ a körfrekvenciától (hányszor mennek körbe a nyalábok egységnyi idő, itt 1 s alatt, illetve hányszor találkoznak egymással), a két nyalábban lévő részecskék számától és az átfedő felület nagyságától (négyzetcentiméterben). A luminozitás növelése biztosítja, hogy a nyalábok ütköztetése során megfelelő számú proton-proton ütközés jöjjön létre.

A luminozitás növelésének egyik módja a nyalábokban haladó részecskék számának, azaz a nyaláb intenzitásának növelése. 2010. április 11-én sikerült először elérni, hogy az egyik nyaláb egy-egy részecskecsomagjában már 10^11 (százmilliárd) proton volt, az eddigi 10^10 helyett. (A gyorsítócsőben haladó nyalábok nem folyamatosak, hanem egymást követő részecskecsomagokból, angol szóval bunch-okból állnak, amelyek között szünetek vannak.) Ez újabb mérföldkőnek számít, hiszen a 10^11 volt a végcél ebből a szempontból.

A luminozitás növelésének másik módja a nyalábok felületének csökkentése, azaz a nyalábok fókuszálása. Ez részben a nyalábot alkotó részecskecsomagok (bunch-ok) hosszának, illetve a közöttük lévő távolságnak a csökkentését jelenti. Angol szóval ez a squeezing (összenyomás), és az ilyen csomagokból álló nyalábokat nevezik squeezed beams-nek.

Az április 24-25-ei hétvégén sikerült a detektorokon áthaladó bunch-ok közötti távolságot 11 méterről több lépésben 2 méterre csökkenteni, azaz jóval „zsúfoltabb” csomagok jöttek létre (lásd ezen az ábrán).  Ennek következtében megnőtt az egymáson áthaladó csomagokban lévő részecskék ütközéseinek száma is, azaz nőtt az eseménygyakoriság. Olyan ez, mintha két egymással szemben haladó, laza felvonuló menet helyett két tömött sorokban vonuló csapat találkozott volna (a hasonlat az ATLAS blogján olvasható).

Ugyancsak innen származik az alábbi ábra is, ahol a sárga oszlopok markánsan mutatják, hogy a bunch-ok összenyomásának hatására ugrásszerűen nőtt a luminozitás.

Az adatokat tekintve ez azt jelenti, hogy a luminozitás 10^27 cm^-2 sec^-1 értékről 1,1 x 10^28 cm^-2 sec^-1 értékre nőtt. Az összenyomott nyalábokkal 30 órás, rekordhosszúságú stabilnyaláb-üzemmódot is elértek, nyalábonként 3 csomaggal. A kísérletek által az elmúlt egy hónapban begyűjtött események száma alig több mint egy nap alatt megduplázódott.

A nyalábok intenzitását, illetve az LHC luminozitását fokozatosan tovább növelik. A legújabb fejlemény, hogy például az ALICE kísérlet május 2-i log-adatai szerint 20 perc alatt 360 000 esemény szalagra rögzítése történt meg (egyelőre 450 GeV-en). Ez másodpercenként 300 eseményt és 130 Mbyte adat elmentését jelenti! Vasárnap délutántól hétfő reggelig ugyanis az LHC nagy intenzitású (kb. 2*10^11) 450 GeV-es protonnyalábokat hozott ütközésbe. Ez idő alatt a nagy intenzitásnak köszönhetően a 2009-ben rögzített 900 GeV-es proton-proton ütközések számát sikerült megduplázni. Hétfő estétől az LHC tovább folytatja az intenzitás növelését 7 TeV-en.