Pierwszy raz w historii! W Wielkim Zderzaczu Hadronów zderzyły się protony z tlenem

Zlokalizowany pod ziemią w pobliżu Genewy, LHC to jedyne urządzenie na świecie zdolne do rozpędzania cząstek niemal do prędkości światła, a następnie do w pełni kontrolowanego zderzania ich ze sobą. Rozpoczęta 29 czerwca kampania badawcza potrwa do 9 lipca. W tym czasie fizycy przez dwa dni będą zderzać ze sobą protony i tlen, następnie wykonają ponowną kalibrację i rekonfigurację całego systemu, przygotowując go do dwóch kolejnych dni zderzeń tlen-tlen, a następnie jeszcze jednego dnia zderzeń neon-neon.

Dane zebrane podczas tych zderzeń mogą rzucić zupełnie nowe światło na naszą wiedzę o promieniach kosmicznych, plazmie kwarkowo-gluonowej oraz o silnym oddziaływaniu jądrowym. Wiedza ta może nam powiedzieć wiele o tym, jak wyglądał wszechświat w pierwszych mikrosekundach po Wielkim Wybuchu 13,8 mld lat temu.

Czytaj także: Wielki Zderzacz Hadronów nie znosi nudy. Właśnie dostarczył nowych pomiarów masy bozonu Z

Warto tutaj jednak podkreślić, że przeprowadzenie takich zdarzeń nie jest sprawą trywialną. Naukowcy wskazują bowiem, że przygotowania do tej kampanii eksperymentalnej rozpoczęły się już w 2019 roku. Wynika to z faktu, że przygotowanie infrastruktury CERN do obsługi jonów tlenu i neonu wymagało modyfikacji całego łańcucha akceleratorów. Eksperyment zderzenia protonów i tlenu rozpoczyna się bowiem w akceleratorze Linac3. Następnie jony przechodzą przez kolejne etapy: pierścień LEIR, synchrotron protonowy PS oraz supersynchrotron SPS. Dopiero po tym wiązka trafia do Wielkiego Zderzacza Hadronów.

Zderzenia proton–tlen są szczególnie wymagające ze względu na różnice w stosunku ładunku do masy pomiędzy tymi cząstkami.

To powoduje, że poruszają się one inaczej w polu elektromagnetycznym akceleratora. Aby zapewnić ich spotkanie w punktach zderzeń, inżynierowie precyzyjnie dostrajają częstotliwość i pęd każdej z wiązek. Tylko w ten sposób można sprawić, że do zderzeń dochodzi w obrębie czterech głównych eksperymentów LHC: ALICE, ATLAS, CMS i LHCb.

Co ciekawe, w opisywanej kampanii bierze również udział eksperyment LHCf (LHC forward), który specjalizuje się w badaniach promieni kosmicznych. Jego detektor, który zainstalowano 140 metrów od punktu zderzeń ATLAS, rejestruje cząstki o małym kącie odchylenia, powstające w wyniku zderzenia protonów z jonami tlenu. Po zakończeniu pierwszej części kampanii, czyli zderzeń proton-tlen detektor ten zostanie wymieniony na kalorymetr, który będzie monitorował zderzenia tlen–tlen i neon–neon.

Czytaj także: Cząstka widmo zdeklasowała Wielki Zderzacz Hadronów. Dotarła na Ziemię z zakątków wszechświata

Niejako przy okazji obecnie prowadzonych eksperymentów naukowcy testują nowe technologie kolimacji wiązek cząstek za pomocą kryształów. Wynika to z faktu, że tradycyjne kolimatory okazują się mniej skuteczne w przypadku jonów i wiążą się z powstawaniem tzw. halo wiązki, czyli występowania cząstek, które oddalają się od głównego rdzenia wiązki. Nowe urządzenia wyposażone w kryształy utrzymujące odpowiednią jakość wiązki zostaną zainstalowane przed rozpoczęciem kolejnych etapów eksperymentów.

Choć w telewizji o tym nie usłyszymy, a ludzkość co do zasady nie siedzi z wypiekami twarzy wyczekując wyników eksperymentów w LHC, warto pamiętać, że gdzieś tam pod Genewą najtęższe głowy na świecie właśnie cofają się w czasie do pierwszych chwil po Wielkim Wybuchu i wzbogacają ludzkość o wiedzę o początkach otaczającej nas rzeczywistości i nas samych. Przyszło nam żyć w naprawdę wspaniałych czasach.