Efter sju framgångsrika månader av kolliderande protonstrålar med varandra i jakten på nya grundläggande partiklar, LHC började idag kollidera med protonstrålar med strålar som består av tunga joner - kärnorna i blyatomer.

Studiet av dessa asymmetriska kollisioner kommer att ge fysiker mer exakta insikter om universums tillstånd några miljoner dundersekunder efter Big Bang.

Under denna korta period, universum fylldes av alla slags partiklar som rörde sig med nära ljushastighet. Blandningen dominerades av kvarker - grundläggande materienheter - och av gluoner, bärare av den starka kraft som normalt binder kvarker till välkända protoner och neutroner. I de första stunderna av extrema temperaturer och densiteter, protoner och neutroner hade ännu inte bildats och kvarkerna och gluonerna var endast svagt bundna, fritt att röra sig på egen hand i det som kallas en kvark-gluonplasma.

I vanliga fall, fysiker återskapar dessa förhållanden genom att kollidera två balkar som båda består av samma typ av tunga joner, såsom bly.

Men en natt i september 2012, LHC-fysiker valde att kollidera balkar gjorda av två olika partiklar för första gången-tunga joner med de mindre massiva protonerna. Analysera data, forskarna blev förvånade över att i en bråkdel av kollisionerna se tecken på en kollektiv expansion av systemet, ett slags mini-Big Bang. Detta är ett karakteristiskt kännetecken för kollisioner mellan bly och bly, och välkänt för att vara associerat med egenskaperna hos kvark-gluonplasma, men det hade aldrig setts i bly-protonkollisioner tidigare.

Sedan, under 2013, en hel månad med proton-blykollisioner bekräftade de första observationerna.

Det här året, proton- och blystrålar kommer att kollidera med två olika energier:5,02 TeV och, senare i månaden, högsta möjliga 8,16 TeV. Den lägre energin kommer att motsvara den för bly-blykollisionerna 2015, de tidigare proton-bly-kollisionerna och även några proton-proton-kollisioner, vilket innebär att forskare kommer att kunna göra direkta jämförelser mellan alla tre.

"Proton-bly-kollisioner är något LHC inte ursprungligen var tänkt att göra, men nu har det ännu högre fysikintresse än förväntat. Alla experiment har anslutit sig till programmet, inklusive LHCb som ursprungligen inte var ett tungjonsexperiment, "säger John Jowett, CERN -acceleratorfysikern ansvarig för tunga joner i LHC.

Även om alla experiment kommer att ta lite data, den lägre energikörningen genomförs mestadels för forskarna vid CERN:s ALICE -experiment, som vill samla in mycket mer data, från fler evenemang och med högre precision, för att få bättre statistik än 2013.

"Vi är mycket glada över möjligheten i detta försök att förstå en helt ny aspekt av detta fenomen. Att förstå hur starkt interagerande materia beter sig i det enklare proton-bly-systemet kan faktiskt vara nyckeln till att förstå hur kvark-gluonplasma bildas "förklarar Federico Antinori, vald talesman för CERN:s ALICE-experiment.

Blyjoner har 82 gånger laddningen och är 206,4 gånger mer massiva än protoner. Kolliderar dessa asymmetriska balkar, med mycket olika egenskaper och livstider, leder till många utmaningar för LHC -acceleratorens fysiker och operatörer. Mycket förberedande konstruktionsarbete gjordes i förra veckans tekniska stopp, inklusive speciella modifieringar av LHC:s strålinstrument och systemen som injicerar strålen.

"Man trodde att det här inte skulle fungera alls, när partiklar av olika typer rör sig runt LHC med olika hastigheter - vid injektionsenergi är ledstrålen något långsammare än protonerna så det gör sju färre varv runt ringen på en minut (protonerna gör 674, 729 under den tiden). Dessa problem löstes 2012 men strålfysiken och den operativa inställningen förblir komplicerade och något outforskade territorier. "Säger Jowett.

"Det här är första gången vi har gjort bly-protonkollisioner sedan 2013, tillhandahålla data som är viktiga för att tolka resultaten av bly-bly-kollisioner, säger Frédérick Bordry, CERN:s direktör för acceleratorer och teknik. "Det är också den sista jonkörningen fram till 2018."