CERN har framgångsrikt testat "krabbhåligheter" för att rotera en stråle av protoner – en världsnyhet. Testet ägde rum den 23 maj med hjälp av en stråle från CERN:s Super Proton Synchrotron (SPS) accelerator och visade att protonerna kunde lutas med hjälp av dessa supraledande tvärgående radiofrekvenshålrum. Dessa hålrum är en nyckelkomponent i High-Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC), den framtida uppgraderingen av LHC.

HL-LHC, som tas i drift efter 2025, kommer att öka ljusstyrkan hos LHC med en faktor fem till tio. Ljusstyrka är en avgörande indikator på en kolliders prestanda:den ger antalet potentiella kollisioner per ytenhet under en viss tidsperiod. Med andra ord, ju högre ljusstyrka, ju högre antal kollisioner och desto mer data kan experimenten samla in. Detta kommer att tillåta forskare att observera sällsynta processer som inträffar utanför LHC:s nuvarande känslighetsnivå. Fysiker kommer också att kunna utföra exakta studier av de nya partiklarna som observerats vid LHC, såsom Higgs boson. De nyutvecklade krabborna kommer att spela en viktig roll för att öka ljusstyrkan.

I LHC, de två motroterande strålarna är inte en kontinuerlig ström av partiklar utan består av "klasar" av protoner som är några centimeter långa, var och en innehåller miljarder protoner. Dessa gäng möts i en liten vinkel vid varje kollisionspunkt i experimenten. När den är installerad på varje sida av ATLAS- och CMS -experimenten, krabbhålrummen kommer att "luta" massor av protoner i varje stråle för att maximera sin överlappning vid kollisionspunkten. På så sätt kommer varje proton i gänget att tvingas passera genom hela längden av det motsatta gänget, öka sannolikheten för kollisioner och därmed mer ljusstyrka. Efter att ha lutat, rörelsen hos protonklasarna verkar vara i sidled – precis som en krabba. Krabbahålrum användes redan i KEKB -kollideraren i Japan för elektroner och positroner, men aldrig med protoner, som är mer massiva och med betydligt högre energier. "Krabban håligheter förväntas öka den totala ljusstyrkan med 15 till 20%, " förklarar Rama Calaga, ledare för krabbkavitetsprojektet.

De två första prototyperna av krabbahåligheten tillverkades på CERN 2017 i samarbete med Lancaster University och Science and Technology Facilities Council (STFC) i Storbritannien, liksom US LHC Accelerator Research Program (USLARP). Kaviteterna monterades i en kryostat och testades vid CERN. De är gjorda av supraledande niob-material med hög renhet, arbetar vid 2 kelvin (-271 ° C), för att generera mycket hög tvärspänning på 3-4 miljoner volt. Hålrummen installerades i SPS -acceleratorn under förra vinterns tekniska stopp för att genomgå valideringstester med protonstrålar.

De första stråltesterna den 23 maj varade i mer än 5 timmar vid en temperatur av 4,2 K med ett enda protongäng påskyndat till 26 GeV och innehållande mellan 20 och 80 miljarder protoner, nästan intensiteten hos LHC -gängen. Krabbhålrummen fick cirka 10% av sin nominella spänning. "Crabbing" observerades med hjälp av en speciell bildskärm för att observera lutningen längs gängets längd. "Dessa tester markerar uppstarten av en unik anläggning för att testa supraledande kaviteter på en starkström, högenergi protonstråle, "förklarar Lucio Rossi, ledare för HL-LHC-projektet. "Resultaten är imponerande och avgörande för att bevisa genomförbarheten av att använda sådana kaviteter för att öka ljusstyrkan i LHC."

Under de kommande månaderna, kaviteterna kommer att driftsättas till sin nominella spänning på 3,4 miljoner volt och kommer att genomgå en serie tester för att fullständigt validera deras funktion för HL-LHC-eran. Totalt 16 sådana hålrum kommer att installeras i HL-LHC-åtta nära ATLAS och åtta nära CMS.