На LHC прошел сеанс протон-ядерных столкновений

Одно из первых протон-ядерных столкновений, зарегистрированных 10 ноября детектором ALICE. Изображение с сайта home.cern

По сложившейся уже традиции в конце типичного ускорительного года LHC примерно месяц отводится на столкновения тяжелых ионов для изучения эффектов кварк-глюонной плазмы. В этом году такой сеанс прошел с 10 ноября по 5 декабря, причем столкновения проходили в асимметричном режиме: протоны против ядер свинца. Это как бы промежуточный вариант между чисто протонными и чисто ядерными столкновениями. Он нужен для того, чтобы еще лучше распутать коллективные эффекты, возникающие при столкновении большого коллектива нуклонов (см. чуть подробнее в новости Коллаборация ALICE представила первые данные по протон-ядерным столкновениям). Поэтому энергию таких столкновений иногда подбирают таким образом, чтобы она совпадала с энергией ионных столкновений — имеется в виду не полная энергия, а энергия в расчете на пару сталкивающихся нуклонов.

В принципе, так коллайдер уже работал в самом начале 2013 года. Тогда полная энергия столкновений в расчете на нуклонную пару составляла 5,02 ТэВ, а накопленная светимость — 30 nb⁻¹. В этот раз работа шла в два этапа — на энергиях 5,02 ТэВ и 8,16 ТэВ в расчете на нуклонную пару. Значение 5,02 ТэВ на первом этапе было выбрано не только с целью проверки данных 2013 года, но еще и потому, что примерно на такой эквивалентной энергии сталкивались в прошлом году ядра свинца. На этом этапе пучок с ядрами свинца работает на своем пределе, а протонный пучок — на пониженной энергии. Значение 8,16 ТэВ на втором этапе — это рекордная энергия протон-ядерных столкновений, когда оба пучка циркулируют на пределе возможностей ускорителя.

Такой режим приводит, кстати, к новой технической трудности. Когда протоны в одном пучке и ядра в другом циркулируют на предельной энергии, при которой магниты еще могут удержать их на орбите, их скорости слегка различаются. За одну минуту протонный пучок «нарезает» 674 729 кругов в ускорителе, а ионный — на 8 кругов меньше. Из-за этого ускорительные секции для обоих пучков должны работать на слегка различающейся частоте. К счастью, ускорительная система LHC способна это обеспечить, и в 2013 году техники уже наловчились работать в таком режиме.

За прошедший месяц была накоплена интегральная светимость почти 200 nb⁻¹, что в 6 с лишним раз больше, чем в 2013 году. В наборе данных участвовали все основные детекторы, и сейчас коллаборации приступили к анализу данных.