Polscy naukowcy pomagają modernizować kompleks akceleratorów w CERN-ie

Naukowcy z Polski pomagają zwiększać wydajność Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC). Do Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych CERN pod Genewą z Instytutu Problemów Jądrowych w Świerku (IPJ) wyjechał właśnie buncher - urządzenie, które w przyszłości będzie odgrywało istotną rolę na pierwszym etapie rozpędzania cząstek dla akceleratora LHC - informuje rzecznik IPJ, dr Marek Pawłowski.

Jak zapowiada rzecznik IPJ, buncher w przyszłości będzie pierwszym etapem rozpędzania protonów w kaskadzie akceleratorów zasilającej Wielki Zderzacz Hadronów.
"Aby Wielki Zderzacz Hadronów mógł działać, potrzebny jest cały kompleks akceleratorów stopniowo rozpędzających cząstki do coraz większych energii. Wszystko zaczyna się od wodoru, którego atomy składają się z jednego protonu i jednego elektronu. Atomy te raz na około dziewięć godzin są pobierane z niewielkiej butli i jonizowane, czyli +odzierane+ z elektronów" - tłumaczy dr Pawłowski.

Jak wyjaśnia, otrzymane w ten sposób protony zostają skierowane do akceleratora liniowego Linac 2, gdzie rozpędza się je mniej więcej do 30 proc. prędkości światła. Następnie trafiają do akceleratora PS Booster i tu ich energia wzrasta niemal 30-krotnie. Z Boostera protony są przekazywane do Synchrotronu Protonowego PS, a potem do Supersynchrotronu Protonowego SPS. Na każdym etapie zwiększając energię ok. 20 razy. Niecałe pięć minut po opuszczeniu butli cząstki są wreszcie wpuszczane do wnętrza LHC. Każdego dnia w ten sposób rozpędza się dwa nanogramy wodoru.

Choć po awarii w 2008 roku i ponownym uruchomieniu w listopadzie 2009 r. LHC wciąż znajduje się w fazie rozruchowej i jeszcze nie wszedł w docelowy tryb pracy, to fizycy już myślą o jego modernizacji.

"Wydajność akceleratora LHC ściśle zależy od tego, co dzieje się na początkowych etapach przyspieszania cząstek. Z tego powodu w pierwszej fazie modernizacji systemu LHC akcelerator Linac 2 zostanie zastąpiony bardziej wydajnym przyspieszaczem Linac 4" - informuje rzecznik IPJ.

Jak opisuje, buncher to pierwszy stopień przyspieszający w Linacu 4. Urządzenie ma kształt zbliżony do walca o średnicy ok. 60 cm i wysokości ok. 30 cm. Jego miedziane ściany otaczają wnękę o bardzo precyzyjnie zaprojektowanym kształcie. Wewnątrz wnęki drga pole elektromagnetyczne podobne do używanego w kuchence mikrofalowej. Pole to nie tylko przyspiesza znajdujące się w nim protony, ale przede wszystkim grupuje je w paczki (ang. bunch). Grupowanie jest niezbędne, ponieważ na dalszych etapach cząstki są przyspieszane w oscylującym polu mikrofalowym.

"Drgania pola elektrycznego zachodzą jednak w obu kierunkach, co oznacza, że w jednej fazie cząstki byłyby przyspieszane, ale w następnej zostałyby spowolnione. Paczki pozwalają wstrzelić się precyzyjnie w te miejsca, gdzie pole pomaga w rozpędzaniu protonów" - wyjaśnia dr Paweł Krawczyk, dyrektor Zakładu Aparatury Jądrowej IPJ, w którym powstał buncher.

Obróbkę mechaniczną elementów bunchera wykonał zespół pod kierunkiem Andrzeja Polaka. Urządzenie zmontowano i uruchomiono w pracowni kierowanej przez Michała Matusiaka, a strojenie mikrofalowe przeprowadził Marcin Wojciechowski.

"Rezultatem zastąpienia starego akceleratora liniowego przez Linac 4 z polskim buncherem będzie dwukrotny wzrost jasności wiązek wprowadzanych do LHC, a tym samym większa liczba zderzeń między protonami. Już za dwa lata, po uruchomieniu Linaca 4, naukowcy uczestniczący w eksperymentach przy Wielkim Zderzaczu Hadronów będą mogli efektywniej obserwować zjawiska zachodzące w świecie kwantów przy wysokich energiach, co z czasem pozwoli na rozbudowanie współczesnych teorii fizycznych opisujących strukturę materii" - wyjaśnia dr Pawłowski. EKR

PAP - Nauka w Polsce