För första gången, LHCb-experimentet vid CERN har samlat in data samtidigt i collider och i fastmålslägen. Med detta, LHCb -specialkörningen är ännu mer speciell.

De senaste två veckorna har ägnats åt speciella körningar av Large Hadron Collider (LHC), i slutet av LHC 2017 protonkörning och före vinteravstängningen. En körning involverade protonkollisioner med en energi på 5,02 TeV, främst för att ställa in en referens för att jämföra med bly-jon-kollisionsdata. Det som var exceptionellt i år är att en liten mängd neongas injicerades i strålröret nära LHCb -experimentets interaktionspunkt. Detta gjorde det möjligt för fysiker att samla proton-neon samtidigt som proton-protonkollisionsdata.

När (ädla) gaser injiceras i strålröret för att kollidera med protoner, LHCb-experimentet är i "fastmål" -läge, i kontrast till standardläget "collider". Men till skillnad från traditionella fastmålsexperiment, där strålen av accelererade partiklar riktas mot ett tätt fast eller flytande mål, här kolliderar LHC -protoner med en handfull neonkärnor som injiceras nära kollisionspunkten och flyter i strålröret. Dessa kärnor förorenar något det nästan perfekta LHC -vakuumet, men de förutsättningar de skapar - där trycket är i storleksordningen 10 ^-7 millibar-anses fortfarande vara typiska för ultrahöga vakuummiljöer.

Det finns två huvudsakliga skäl att samla in proton-gas-kollisionsdata vid LHC. Å ena sidan, dessa data hjälper till att förstå kärnkraftseffekter (dvs. beroende på vilken typ av kärnor som är involverade i kollisionerna), påverkar produktionen av specifika typer av partiklar (J/ψ och D0 mesoner), vars undertryckta produktion anses vara kännetecknet för kvark-gluonplasma. Kvark-gluonplasma är det tillstånd där materia fyller universum några miljoner dundersekunder efter Big Bang var, när protoner och neutroner ännu inte hade bildats, består av kvarker som inte binder ihop och sedan är fria att röra sig själva.

Å andra sidan, proton-neon-interaktioner är viktiga för att också studera kosmiska strålar-mycket energiska partiklar, mestadels protoner, kommer utanför solsystemet - när de kolliderar med kärnor i jordens atmosfär. Neon är en av komponenterna i jordens atmosfär och det är mycket likt kärnkraftstorlek mycket mer kväve och syre.

Denna gasinjektionsteknik var ursprungligen utformad för att mäta ljusstyrkan hos acceleratorns strålar, men dess potential erkändes snabbt av LHCb -fysikerna och den används nu också för dedikerade fysikmätningar. Under 2015 och 2016, LHCb-experimentet utförde redan speciellt proton-helium, proton-neon och proton-argon körs. I oktober i år, bara i åtta timmar, LHC accelererade och kolliderade xenonkärnor, så att de fyra stora LHC-experimenten kan registrera xenon-xenon-kollisioner för första gången.

Denna senaste 11-dagars proton-neon-körning kommer att göra det möjligt för fysiker att samla en datamängd som är 100 gånger större än alla proton-neonkollisionsdata som samlats in fram till nu vid LHC, och de första resultaten av analyserna förutses för nästa år.