В пятницу прошлой недели в недрах Большого Адронного Коллайдера (БАК) были произведены одни из последних в этом году столкновений лучей протонов. Этим событием был закончен основной период работы БАК этого года. Но самым примечательным является то, что в самый последний момент времени коллайдер развил рекордное значение яркости протонных лучей, параметра, определяющего эффективность работы ускорителя в целом, за которым операторы следят буквально не спуская с него глаз.
За период работы 2017 года БАК достаточно серьезно превысил поставленную цель. Он обеспечил свои главные два эксперимента ATLAS и CMS 50 обратными фемтобарнами данных (записями о 5 миллиардах миллионов миллионов столкновений частиц. Один обратный фемтобарн (fb^-1) является единицей измерений интегральной яркости или общим количеством столкновений частиц за единицу времени.
Примечателен тот факт, что коллайдер успешно справился с задачей, несмотря на наличие у него серьезных проблем. Проблема с глубиной вакуума на одном из участков трубы ускорителя послужила причиной ограничений числа лучей протонов, которые могли одновременно циркулировать по кольцу. К решению этой проблемы были привлечены лучшие специалисты, которые предложили изменить взаимное расположение отдельных лучей. И после нескольких недель настройки и экспериментов яркость лучей снова начала повышаться.
Практически все время работы коллайдера операторы занимались оптимизацией режимов его работы. Существенным подспорьем в этом деле стала новая система, позволяющая сфокусировать лучи перед самой точкой их столкновения, которая была установлена только в начале этого года. Чем больше удается сфокусировать (сжать) луч протонов, тем больше столкновений происходит при встрече двух лучей, двигающихся в противоположных направлениях. В прошлом году операторам коллайдера удалось получить порядка 40 столкновений при пересечении двух "порций" лучей протонов, в каждой из которых содержалось по 100 миллиардов частиц. В этом же году при столкновении таких же самых лучей происходило в среднем 60 столкновений.
Благодаря всем усовершенствованиям, коллайдер установил рекорд моментальной яркости луча, который стал равен 2.06*10^34 см^-2*с^-1, что в два раза превышает номинальное значение, заложенное изначально в конструкцию коллайдера. Показатель мгновенной яркости соответствует числу столкновений частиц в секунду,
БАК продолжит работать на протяжении еще двух последующих недель, в течение одной из которых будут производиться исследования разных режимов работы самого ускорителя. Первую неделю коллайдер будет сталкивать протоны, разогнанные до энергии в 5.02 ТэВ, что существенно ниже обычного уровня энергии в 13 ТэВ. Но именно на уровне в 5.02 ТэВ будут проводиться столкновения ядер атомов свинца, которые запланированы на самое начало следующего года. Во время этих экспериментов ученые соберут данные о столкновениях протонов, которые будут позже сравниваться с данными о столкновениях ядер атомов свинца.
Вторая часть дополнительного времени работы коллайдера послужит для сбора данных экспериментами TOTEM и ATLAS/ALFA. При помощи этих данных ученые изучат явление, известное под названием упругого рассеивания, которое заключается в том, что два протона, идущие лоб в лоб друг другу, при определенных условиях вместо того, чтобы столкнуться, начинают взаимодействовать и немного изменяют свою траекторию. Для изучения этого явления потребуется сделать протонный луч настолько широким, насколько это вообще возможно, а энергия протонов не будет превышать 450 ГэВ.
И под занавес операторы коллайдера выполнят технологический пробег, во время которого будут испытаны некоторые особые режимы работы ускорителя, в которых ему еще не доводилось работать прежде. Это позволит коллайдеру работать лучше в следующем году, а собранные данные могут быть использованы для разработки конструкции нового коллайдера High-Luminosity LHC, который должен прийти на смену БАК ориентировочно после 2025 года.
И по завершению периодов всех дополнительных пробегов операторы полностью остановят коллайдер на технологический перерыв, во время которого будут проводиться регламентные, ремонтные работы и работы по модернизации оборудования.