Коллайдер запустят 21.10

Большой Адронный Коллайдер готов к запуску на полную мощность.

-Круги на небе-Во время первых испытаний БАКа.До запуска LHC, который состоится 10 сентября, остаются считаные дни. Пока всё идет по плану, и постепенно вырисовывается окончательное подробное расписание событий как на оставшиеся дни, так и на само 10 сентября.
Общая схема LHC

Для того чтобы лучше ориентироваться в тех подготовительных работах, которые сейчас проводятся на LHC, стоит взглянуть на общий план ускорителя.

Всё кольцо LHC поделено на восемь секторов, границы которых отмечены точками от 1 до 8. На каждом участке (1?2, 2?3 и т. д.) стоят в ряд магниты, управляющие протонным пучком. Благодаря магнитному полю поворотных магнитов сгустки протонов не улетают прочь по касательной, а постоянно поворачиваются, оставаясь внутри ускорительного кольца. Эти магниты формируют орбиту, вдоль которой движутся протоны. Кроме того, специальные фокусирующие магниты сдерживают поперечные колебания протонов относительно ?идеальной? орбиты, не давая им задевать стенки довольно узкой (диаметром несколько сантиметров) вакуумной трубы.


Общий план кольца LHC с предварительным ускорителем SPS. Стрелками показано направление движения протонов. (Рисунок автора новости)



Поскольку в LHC будут циркулировать два встречных протонных пучка, на самом деле внутри LHC идут друг рядом с другом две вакуумные трубы, которые объединяются в одну только в специально выделенных местах ? в точках 1, 2, 5, 8. В этих точках происходят столкновения встречных протонных пучков, и именно вокруг них построены четыре основных детектора: два крупных ? ATLAS и CMS, и два средних ? ALICE и LHCb.

В точке 4 расположена ускорительная секция. Именно здесь протонные пучки при разгоне будут получать дополнительную энергию с каждым оборотом. В точке 6 находится система сброса пучка. Здесь установлены быстрые магниты, которые при необходимости выводят пучки по специальному каналу прочь от ускорителя. Эти магниты включаются в случае нештатной ситуации, когда возникает опасность повреждения пучком аппаратуры, а также каждые несколько часов в процессе работы ? чтобы выбросить поредевший пучок и набрать новый. Точки 3 и 7 зарезервированы для возможных будущих экспериментов или иной аппаратуры.

Протонные пучки попадают в LHC из предварительного ускорителя SPS. Линии передачи пучка (Tl2 и Tl8), соединяющие два этих кольцевых ускорителя вместе со специальными магнитами на каждом из них, составляют вместе инжекционный комплекс коллайдера LHC (от слова ?инжекция? ? впрыскивание пучка). Поскольку на SPS пучок крутится только в одну сторону, инжекционный комплекс состоит из двух отдельны частей и имеет несимметричный вид. В ускорительное кольцо SPS протоны попадают из цепочки меньших и еще более низкоэнергетических ускорителей.
Текущая ситуация

Согласно пресс-релизу ЦЕРНа, запуск коллайдера намечен на среду, 10 сентября. Многолетняя работа по созданию отдельных компонентов и их сборки в единое целое подходит к концу. Последние несколько месяцев шло постепенное охлаждение всего ускорителя до рабочей температуры 1,9 К (то есть ?271,25°C). Такая низкая температура нужна по двум причинам. С одной стороны, поворотные магниты при такой температуре не только переходят в сверхпроводящее состояние, но и могут держать очень сильное магнитное поле без разрушения сверхпроводимости. С другой стороны, жидкий гелий, который пропитывает электропроводку этих магнитов, становится сверхтекучим и охлаждает ее очень эффективно. Охлаждение магнитов необходимо, поскольку из протонных пучков время от времени будут выбиваться протоны, которые, пронзая магниты, будут греть их.

Примерно к середине августа охлаждение было завершено и начались тесты электрооборудования магнитов. Текущая температура во всех восьми секторах LHC показана на странице Cooldown Status. Все процедуры, проводящиеся с LHC, можно отслеживать на странице Machine checkout Calendar.

Параллельно с охлаждением последних секторов LHC были успешно проведены две серии тестов системы ?впрыскивания? протонов из предварительного ускорителя SPS в основное кольцо LHC. 8?10 августа была протестирована линия передачи Tl2 (показана бордовым цветом на схеме), а 22?24 августа ? линия передачи Tl8 (показана синим цветом). В процессе каждого теста протонные пучки не только вошли в основное кольцо LHC, но и прошли один сектор (то есть до точек 3 и 7 соответственно), где были поглощены защитными экранами ? коллиматорами. Кстати, во время второго теста, когда протонные пучки проходили через детектор LHCb, в самом детекторе были зарегистрированы события столкновения протонов с остаточными молекулами газа в вакуумной камере (см. рисунок вверху). Краткую сводку результатов этих тестов см. в нашей ленте новостей LHC, а все технические подробности можно найти на официальной странице LHC Injection Tests.

Сами детекторы уже перешли на круглосуточный режим обслуживания: в их пультовых непрерывно, в том числе и ночью, присутствует несколько человек, следящих за функционированием всех систем детекторов.
Что предстоит сделать в ближайшие дни

В конце следующей недели закончатся последние манипуляции с ?железом? детекторов. Это, впрочем, не означает, что детекторы будут готовы к работе на все 100% ? кое-что будет доделано во время зимнего перерыва. Однако в целом детекторы будут собраны и будут готовы к приему первых событий. Примерно 4?5 сентября экспериментальные залы будут запечатаны, в ускорительной трубе будет создан достаточно глубокий вакуум, и LHC будет готов к последним проверкам.

В выходные, с 5-го по 7 сентября, будет проведен третий, заключительный тест системы инжекции протонов (подробности см. всё на той же странице LHC Injection Tests). Тщательный анализ предыдущих тестов показал, что магнитную систему надо слегка подкорректировать для выправления орбиты пучка. Новая серия тестов позволит убедиться, что внесенные исправления действительно улучшают поведение пучков.

Затем 8 и 9 сентября будут проведены последние проверки всей инфраструктры LHC, и после них ускоритель будет готов к полноценному запуску.
Расписание на 10 сентября

Если за оставшиеся дни не возникнет ничего непредвиденного, то в среду утром 10 сентября состоится запуск протонных пучков в ускоритель. LHC будет считаться работающим, когда в нём начнут устойчиво циркулировать протонные пучки, пусть даже и без столкновений друг с другом.

Первый запуск протонного пучка в этот день будет произведен в 9:30 утра по центральноевропейскому времени (в 11:30 по московскому). Заранее трудно спрогнозировать, насколько успешно пойдет процесс запуска, но задача-минимум на этот день ? проследить, что протонные сгустки обоих направлениях проходят хотя бы один полный оборот. Запускать протонный пучок в коллайдер будут постепенно, сектор за сектором. Вначале пучок по линии передачи будет выведен из предварительного ускорителя и упрется в защитные экраны на входе в LHC. Затем экраны уберут, и пучок пройдет по дуге до ближайшей контрольной точки, где будет поглощен коллиматорами (этот этап был уже пройден в ходе тестов системы инжекции). Если в этой точке траектория будет в порядке, то коллиматоры раздвинутся, и пучок пойдет дальше, до следующей контрольной зоны, где повторится проверка траектории.

Критический момент наступит, когда на пути протонов уберут последние заслонки, и, сделав полный оборот, пучок пойдет на следующий круг. С одной стороны, орбита замкнется, и задача-минимум будет выполнена. Но дальше может возникнуть такая ситуация, что магнитная система начнет ?раскачивать? поперечные колебания пучка. Тогда он за несколько оборотов потеряет стабильность и сойдет с орбиты. Если электроника это заметит, то для предотвращения нежелательных последствий пучок будет тут же ?сброшен? ? то есть он будет выведен наружу по специальному каналу и поглощен специальным массивным блоком. Поэтому может случиться так, что состояние ?LHC запущен и работает? продлится лишь краткое мгновение (напомним, что на один оборот вокруг кольца LHC протонам потребуется менее одной десятитысячной доли секунды).

Задача-максимум на этот день: вывести и удерживать сгусток протонов на орбите в течение длительного (по человеческим меркам) времени. Возможно, удастся даже удерживать сразу два сгустка, циркулирующих во встречных направлениях. Это будет означать, что вся сложная многоэлементная система магнитного управления пучком была собрана верно, что она не ?раскачивает? пучок, а наоборот, успешно сдерживает его колебания.

10 сентября начиная с 8:30 утра заработает в прямом эфире онлайн-трансляция с сервера webcast.cern.ch. Развитие событий будет освещаться многими СМИ, в том числе телеканалами, которые смогут получать ?картинку? через сеть Евровидения (Eurovision network). Подробности мероприятий см. на странице LHC First beam.
Что последует дальше

После того как будет достигнута стабильная циркуляция пучка в LHC, начнется этап тестирования работающего коллайдера. Будет измерена апертура ускорительного кольца (то есть ширина того просвета, внутри которого пучок может колебаться без угрозы для стенок вакуумной камеры и аппаратуры), будет проверен отклик траектории пучка на те или иные коррекции магнитного поля, будет отлажена процедура разгона протонов до энергии 5 ТэВ. Иными словами, это будет период изучения параметров самого LHC.

Детекторы в это время тоже не будут простаивать. Ожидается, что даже без протон-протонных столкновений они будут регистрировать редкие соударения протонов с остаточными молекулами газа в вакуумной камере. Детектирование таких событий будет использоваться для проверки согласованной работы и отладки разных компонентов детекторов.

Сейчас обсуждается возможность устроить первые протон-протонные столкновения уже через 1-2 недели после запуска LHC. Поскольку ускорительная секция еще не будет отлажена к тому времени, протоны будут обладать той энергией, которую они имели при инжекции в LHC, то есть это будут столкновения с полной энергией 0,9 ТэВ. Даже короткий сеанс таких столкновений будет очень полезен для отладки детекторов.

Для полной отладки ускорителя потребуется ориентировочно около двух месяцев, поэтому первых столкновений на полной энергии 10 ТэВ следует ожидать не ранее конца октября.

Напоминаем, что за всеми интересными событиями на LHC мы следим в ленте новостей LHC.