Через неделю запуск Большого адронного коллайдера можно будет увидеть в прямом эфире
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.
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.
Источник: T. Wengler. «ATLAS and the LHC» // доклад на рабочей конференции «ATLAS Physics and Performance Workshop», 26-29 августа 2008.
-
Если не ошибаюсь, раньше речь шла про 7ТэВ, а сейчас про 5ТэВ. Как оно насчет 7-и? Отложили на следующий год, после зимовки?
-
Да, магниты еще не успели протестировать на 7 ТэВ. Чем выше магнитное поле, тем при более низкой температуре теряется сверхпроводимость (т.е. эта критическая температура приближается к 1,9К). Это значит, тем строже должны быть требования к температурному режиму работы магнитов (флуктуации температуры при работе, срабатывание системы безопасности при локальном нагреве и т.д.). Всё это требует времени на тесты. Проверки на 5 ТэВ уже прошли, а тесты на 7 ТэВ решили отложить на зиму.
-
Еще я так понял светимость на первых парах будет маленькая, а значит и потребление энергии. Имет ли смысл остановка на зиму? Или охлаждение установки тоже требует больших энерго затрат?
-
Да, т.к. это зависит от магнитов. Для увеличения энергии в том же кольце нужно полностью менять магнитную систему.
Энергопотребление и при низкой светимость будет большим -- энергия тратится на магнитную систему, на охлаждение, на контроль и электронику, на детекторы и т.д. Собственно на разгон протонов даже при номинальной светимости будет тратиться лишь небольшая доля потребляемой мощности.
-
1. полагаю что да.
2. решить простую задачу, пусть и 2 раза, проще, чем решить более сложную 1 раз
3. учитывая релятивистские поправки, увеливение энергии в 2 раза ровным счетом ничего не даст, если мишень неподвижна. Энергия в системе отсчета центра масс изменится на весьма малую величину. И вообще, эксперименты при высоких скоростях частиц пучка и неподвижной мишени крайне не эффективны в силу ОТО-шных поправок вычисления энергий в системе отсчета центра масс.
4. полагаю, протон-антипротон было бы сталкивать интересней, но не сильно велика разница. А вот фабрик антипротонов необходимой мощности нет, и производство было бы дорогим. Так что от антипротонов отказались.
(мнение неспециалиста, всё что выше ИМХО на основе обзоров) -
PavelS написал в принципе правильно, я только кое-что подчеркну.
1. Да, разными. Но эти магниты плотно прилегают каждый к своей трубе, поэтому остаточное взаимодействие невелико. Кроме того вся магнитная система расчитана с учетом этого взаимодействия так, чтоб в каждой трубе создавалось нужное поле.
На всякий случай скажу, что магнитная система там сложная -- это вовсе не простая намотка на трубу, т.к. магнитное поле должно быть поперечным, а не продольным.
2. А как Вы иначе будете разворачивать встречные одноименно заряженные пучки в одну сторону? В одной трубе можно удерживать одним и тем же полем только разноименно заряженные встречные пучки.
3. Как уже сказал PavelS, надо использовать законы релятивистской динамики. Для того, чтобы получить энергетический эквивалент LHC на фиксированной мишени, надо использовать пучки с энергией 100000 ТэВ.
Потери на синхротронное излучение на LHC заметны, но всё же не являются лимитирующим фактором. Это электроны светят синхротронным излучением как угорелые.
4. При энергиях LHC различия невелики. Я про это писал на страничке http://elementy.ru/LHC/HEP/experiments
Заметные отличия будут только для поисков таких тяжелых частиц, которые рождаются именно в кварк-антикварковой аннигиляции, например, новые калибровочоые бозоны и т.п. Для большинства процессов это неважно. -
**Для того, чтобы получить энергетический эквивалент LHC на **фиксированной мишени, надо использовать пучки с энергией 100000 ТэВ.
прикольно. то есть аналогом работы коллайдера будут столкновения космических лучей с энергией в 100000 ТэВ с неподвижной планетой? а такие космические лучи вообще бывают?
Как-то я засомневался в обоснованиях безопасности коллайдера. Ведь нам говорили, что тоже самое непрерывно происходит в атмосфере.
1. Вы писали мини-заметку про LHeC, т.е. про мечты сделать коллайдер где протоны из LHC сталкивают с электронами. Интересно, как они это планируют:
а) пустить электроны по 1-ой из существующих труб вместо протонов
б) проложить дополнительную трубу
в) приделать линейный ускоритель электронов?
2. То же самое про детекторы: собираются использовать существующие, али сделать новые?
3. Кроме того вопросец, куда в коллайдере помещают такие мини-детекторы ("эксперименты") как TOTEM и т.п.?
4. Да и всё что связано со столкновениями ядер свинца - когда оно будет по плану? В заметке про это речи нет.
5. почему не взяли ядра потяжелее, чем свинец?
-
1. Сейчас рассматривается две основные возможности: Ваши (б) и (в). В варианте ring-ring будет дополнительное кольцо для электронов в том же туннеле, т.к. там техника совсем другая, имеющееся протонное кольцо не подойдет. При необходимости будут прокопаны и новые короткие туннели для отдельных участков энектронного кольца.
2. Нынешние детекторы оптимизированы для протон-протонных столкновений; для детектирования электро-протонных нужна своя специфика. Детекторы тоже будут разрабатываться отдельно, но может быть и имещиеся пригодятся после апгрейда.
3. TOTEM и другие такие эксперименты будут стоять очень близко к трубе и довольно далеко (несколько сот метров) от точки столкновений. Т.е. они физически расположены уже снаружи от основных детекторов, и даже после нескольких магнитов. Схема расположения есть в большом техническом обзоре по этому эксперименту (я недавно давал ссылки на все эти обзоры, см. ленту новостей LHC).
4. Первые ядерные столкновения планируют только в 2009 году, и то не в начале. Это далеко не первостепенная по важности задача. При плановой работе будет выделяться 1 месяц в году на ядерные столкновения. Почему именно свинец? Возможно, потому что другия элементы потяжелее трудно получать в необходимых количествах, но я не уверен.-
Всё здорово - за ответы спасибо, но вот в п.4 ваша фраза "Возможно, потому что другия элементы потяжелее трудно получать в необходимых количествах" меня просто убила наповал. Из обеднённого урана делают грузила на хвосты боингов, да и плутоний вырабатывают сотнями тонн - его тоже девать некуда. В голове крутится разве что мысля что уран может быть невозможно полностью ионизировать - он охотно делится от рентгеновского излучения, вот и хотел узнать, насколько моя догадка близка к отгадке.
-
Последние новости
