Protoner kan vara Large Hadron Colliders bröd och smör, men det betyder inte att det inte kan längta efter mer exotiska smaker då och då. På onsdag, 25 juli, för första gången, operatörer injicerade inte bara atomkärnor utan bly "atomer" innehållande en enda elektron i LHC. Detta var ett av de första principprövningstesterna för en ny idé som kallas Gamma Factory, del av CERN:s Physics Beyond Colliders -projekt.

"Vi undersöker nya idéer om hur vi kan bredda det nuvarande CERN -forskningsprogrammet och infrastrukturen, "säger Michaela Schaumann, en ansvarig LHC -ingenjör. "Att ta reda på vad som är möjligt är det första steget."

Under normal drift, LHC producerar en stadig ström av proton -protonkollisioner, krossar sedan atomkärnor i ungefär fyra veckor strax före den årliga vinteravstängningen. Men för en handfull dagar om året, acceleratorfysiker får prova något helt nytt under perioder med maskinutveckling. Tidigare, de accelererade xenonkärnor i LHC och testade andra typer av delvis avskalade blyjoner i SPS -acceleratorn.

"Denna speciella LHC -körning var verkligen det sista steget i en serie tester, säger fysikern Witold Krasny, som samordnar en studiegrupp på ett 50-tal forskare för att utveckla nya sätt att producera högenergigammastrålar.

Att accelerera blykärnor med en kvarvarande elektron kan vara utmanande på grund av hur känsliga dessa atomer är. "Det är verkligen lätt att av misstag ta bort elektronen, "förklarar Schaumann." När det händer, kärnan kraschar in i strålrörets vägg eftersom dess laddning inte längre är synkroniserad med LHC:s magnetfält. "

Under den första körningen, operatörer injicerade 24 buntar "atomer" och uppnådde en lågenergistabil stråle inuti LHC i ungefär en timme. De rampade sedan upp LHC till sin fulla effekt och höll strålen i cirka två minuter innan den matades ut i strålkastaren. "Om för många partiklar går ur kurs, LHC dumpar strålen automatiskt, "säger Schaumann." Vår främsta prioritet är att skydda LHC och dess magneter. "

Efter att ha kört magneterna genom omstartcykeln, Schaumann och hennes kollegor försökte igen, den här gången med bara sex gäng. De höll strålen i cirkulation i två timmar innan den avsiktligt dumpade den.

"Vi förutspådde att livstiden för denna speciella typ av stråle inuti LHC skulle vara minst 15 timmar, "säger Krasny." Vi blev förvånade över att veta att livstiden kan vara så mycket som cirka 40 timmar. Nu är frågan om vi kan bevara samma strållivstid med en högre intensitet genom att optimera kollimatorinställningarna, som fortfarande var konfigurerade för protoner under denna speciella körning. "

Fysiker gör dessa tester för att se om LHC en dag kan fungera som en gammastrålningsfabrik. I detta scenario, forskare skulle skjuta de cirkulerande "atomerna" med en laser, vilket får elektronen att hoppa in i en högre energinivå. När elektronen faller ner igen, det spottar ut en ljuspartikel. Under normala omständigheter, denna ljuspartikel skulle inte vara särskilt energisk, men eftersom "atomen" redan rör sig nära ljusets hastighet, energin från den utsända foton ökar och dess våglängd pressas (på grund av Doppler -effekten).

Dessa gammastrålar skulle ha tillräcklig energi för att producera normala "materia" -partiklar, som kvarker, elektroner och till och med muoner. Eftersom materia och energi är två sidor av samma mynt, dessa högenergigammastrålar skulle förvandlas till massiva partiklar och kan till och med förvandlas till nya typer av materia, som mörk materia. De kan också vara källan till nya typer av partikelstrålar, såsom en muonstråle.

Även om det fortfarande är långt kvar, testerna denna vecka var ett viktigt första steg för att se vad som är möjligt.