Un inizio incoraggiante per la Run 3

Guarda dentro

Di Mike Lamont

Mike Lamont è Direttore per gli acceleratori e la tecnologia

31 agosto 2022

In tempi difficili, è rassicurante vedere il complesso dell'acceleratore del CERN di nuovo pienamente operativo e funzionante, con la fisica utilizzata per gli esperimenti di ISOLDE e HIE-ISOLDE, n_TOF, AD-ELENA, l'area est, l'area nord, AWAKE, HiRadMat, CLEAR e, naturalmente, l’LHC – nonostante l’attuale arresto temporaneo non programmato – e il grande lavoro svolto con i fasci di prova e presso gli impianti di irradiazione.

Sul lato LHC, dopo un'ampia rimessa in servizio del raggio, le prime collisioni con i rilevatori si sono verificate il giorno dopo aver celebrato il decimo anniversario della scoperta del bosone di Higgs. I primi fasci stabili sono stati seguiti da un periodo di messa in servizio interlacciata e aumento dell'intensità. Ogni anno, il numero di grappoli per trave viene attentamente aumentato gradualmente, con l'approvazione del pannello di protezione della macchina dopo un determinato periodo di tempo/numero di riempimenti ad una determinata configurazione. Quest'anno, l'LHC è passato da 72 a 315, 603, 987, 1227, 1551, 1935, 2173 e poi a 2413 mazzi per fascio nello spazio di cinque settimane e mezzo, con il primo riempimento di 1227 mazzi avvenuto il 29 Luglio, qualche giorno prima del previsto. Sono stati compiuti buoni progressi, nonostante una serie di problemi familiari lungo il percorso, e entro il 12 agosto sono stati ottenuti 2.440 grappoli.

L'esperienza ci dice che il primo anno di funzionamento con la trave dopo una chiusura di tre anni può essere un po' difficile. Le sfide previste includevano ulteriori quench di addestramento del dipolo principale dovuti alla macchina che ora funziona a 6,8 TeV, nuvola di elettroni e oggetti in caduta non identificati (UFO).

Il team del vuoto aveva previsto schermi a fascio completamente decondizionati e la necessità di ricominciare da zero con una campagna di riduzione della nuvola di elettroni. Un programma di lavaggio completo ha portato con successo la nuvola di elettroni inizialmente molto elevata a livelli accettabili, con un ulteriore condizionamento previsto durante le lunghe analisi fisiche ad alta intensità. In questo caso, la questione chiave è il carico termico dell’e-cloud sul sistema criogenico, un vero limite operativo all’intensità massima che può essere gestita dall’LHC.

Anche gli UFO, un vero spauracchio nel 2015, avrebbero dovuto ricomparire in numero dopo LS2. In effetti è stato così, ma fortunatamente si sono calmati rapidamente e ora si verificano meno spesso. Sebbene siano ancora causa di occasionali scariche premature, grazie ad un'attenta gestione delle soglie di perdita del raggio, non sono state debilitanti.

Parallelamente, sono stati necessari il re-bedding e il debugging di sistemi di accelerazione estesi e complessi. La disponibilità recente è stata moderata rispetto agli impressionanti livelli raggiunti alla fine della Run 2.

Le prestazioni di luminosità sono state sorprendenti. Grazie ai miglioramenti apportati durante il programma di aggiornamento degli iniettori (LIU), gli iniettori hanno fornito un fascio di alta qualità, con dimensioni trasversali ridotte. Procedure consolidate e un eccellente controllo dei parametri nell'LHC hanno consentito di sfruttare l'intero potenziale dei fasci. Per il momento, il team operativo sta ancora lavorando con un'intensità di gruppo approssimativamente nominale, con la possibilità di andare significativamente più in alto ancora da esercitare. Le eccellenti prestazioni testimoniano il continuo investimento nella comprensione, negli strumenti, nello sviluppo delle macchine, nella fisica degli acceleratori, nei sistemi di accelerazione come la strumentazione e il feedback trasversale, nonché di tanto duro lavoro.

Sebbene l’LHC abbia il potenziale per andare significativamente più in alto, la luminosità di picco per la Fase 3 è limitata a circa 2e34 cm-2 s-1 a causa del carico termico dei detriti di luminosità, che colpisce i magneti tripli interni superconduttori. La luminosità è limitata attraverso lo spostamento trasversale o variando la dimensione del fascio nel punto di interazione. Sono stati implementati nuovi sofisticati strumenti operativi per ridurre delicatamente la dimensione del fascio in fasci stabili (livellamento beta*) al fine di mantenere il livello di luminosità al suo valore massimo il più a lungo possibile.