Um começo encorajador para a Corrida 3

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Por Mike Lamont

Mike Lamont é Diretor de Aceleradores e Tecnologia

31 de agosto de 2022

Em tempos desafiadores, é reconfortante ver o complexo do acelerador do CERN totalmente funcionando novamente, com a física sendo entregue aos experimentos em ISOLDE e HIE-ISOLDE, n_TOF, AD-ELENA, Área Leste, Área Norte, AWAKE, HiRadMat, CLEAR e, claro, o LHC – apesar da atual parada temporária não programada – e um grande trabalho sendo feito com feixes de teste e nas instalações de irradiação.

Do lado do LHC, após extenso recomissionamento com feixe, as primeiras colisões com os detectores foram produzidas um dia depois de comemorarmos o 10º aniversário da descoberta do bóson de Higgs. Os primeiros feixes estáveis ​​foram seguidos por um período de comissionamento intercalado e aumento de intensidade. Todos os anos, o número de feixes por viga é cuidadosamente aumentado em etapas, com aprovação do Painel de Proteção da Máquina após um determinado período de tempo/número de preenchimentos em uma determinada configuração. Este ano, o LHC aumentou de 72 para 315, 603, 987, 1227, 1551, 1935, 2173 e depois 2413 cachos por viga no espaço de cinco semanas e meia, com o primeiro preenchimento de 1227 cachos ocorrendo em 29 Julho, alguns dias antes do previsto. Um progresso saudável foi feito, apesar de uma mistura familiar de problemas ao longo do caminho, e 2.440 cachos foram alcançados até 12 de agosto.

A experiência nos diz que o primeiro ano de operação com viga após uma parada de três anos tem potencial para ser um pouco difícil. Os desafios previstos incluíam quenches adicionais de treinamento de dipolo principal devido à máquina agora operando a 6,8 TeV, nuvem de elétrons e objetos em queda não identificados (OVNIs).

A equipe de vácuo previu telas de feixe totalmente descondicionadas e a necessidade de reiniciar do zero com uma campanha de redução da nuvem de elétrons. Um programa completo de depuração trouxe com sucesso a nuvem de elétrons inicialmente muito alta para níveis aceitáveis, com condicionamento adicional previsto durante as longas execuções físicas de alta intensidade. Aqui, a questão chave é a carga de calor da nuvem eletrônica para o sistema de criogenia – um limite operacional real na intensidade máxima que pode ser tratada pelo LHC.

Os OVNIs, um verdadeiro bugbear em 2015, também deveriam reaparecer em número após o LS2. Isso realmente provou ser o caso, mas, felizmente, eles se condicionaram rapidamente e agora estão ocorrendo com menos frequência. Embora ainda seja uma causa de despejos prematuros ocasionais, graças ao gerenciamento cuidadoso dos limiares de perda de feixe, eles não têm sido debilitantes.

Paralelamente, houve a necessária reinstalação e depuração de extensos e complexos sistemas de aceleradores. A disponibilidade recente foi moderada em comparação com os níveis impressionantes alcançados no final da Rodada 2.

O desempenho da luminosidade tem sido impressionante. Por trás das melhorias feitas durante o programa de atualização do injetor (LIU), os injetores têm fornecido feixe de alta qualidade, com baixo tamanho de feixe transversal. Procedimentos bem estabelecidos e excelente controle de parâmetros no LHC permitiram que todo o potencial dos feixes fosse explorado. De momento, a equipa de Operações continua a trabalhar com uma intensidade de cacho próxima da nominal, com possibilidade de ir significativamente mais elevada ainda por exercer. O excelente desempenho é uma prova do investimento contínuo em compreensão, ferramentas, desenvolvimento de máquinas, física do acelerador, sistemas aceleradores como instrumentação e feedback transversal, bem como muito trabalho duro.

Embora o LHC tenha potencial para aumentar significativamente, o pico de luminosidade para o Run 3 é limitado a cerca de 2e34 cm-2 s-1 devido à carga de calor dos detritos de luminosidade, que impacta os ímãs trigêmeos internos supercondutores. A luminosidade é limitada pelo deslocamento transversal ou pela variação do tamanho do feixe no ponto de interação. Novas ferramentas de operação sofisticadas foram implantadas para reduzir suavemente o tamanho do feixe em feixes estáveis ​​(nivelamento beta*), a fim de manter o nível de luminosidade em seu valor máximo pelo maior tempo possível.