Sinds de eerste week van juli komen op CERN de eerste voorversnellers van de Large Hadron Collider weer voorzichtig in bedrijf na anderhalf jaar sluiting voor onderhoud en verbeteringen. Door de corona-crisis is enkele maanden vertraging in het CERN-programma ontstaan.
De linac-4 en de PS Booster zijn beide onderdeel van de injectiesectie die protonenbundels voor de LHC levert. Protonen in de LHC leveren hoogenergetische botsingen, die met de detectoren op CERN worden bestudeerd.
CERN is de laatste weken volgens een gedetailleerd plan weer heropend na de sluiting vanwege covid-19. Nog steeds gelden op het lab beperkingen en veiligheidsmaatregelen.
In de controlekamers van de versneller zitten de operators van de voorversnellers inmiddels weer in ploegendienst voor de beeldschermen. De nieuwgebouwde lineaire linac-4 versneller zal deze zomer de eerste tests doorlopen. Eind van het jaar moeten in de cirkelvormige PS Booster daarachter de eerste deeltjesbundels rondgaan, ook nog als test.
Samen zorgen ze uiteindelijk voor een tweemaal zo intense protonbundel voor de LHC-versneller als tot nog toe. Experimenten in de deeltjesbotser krijgen daardoor de beschikking over nog veel meer meetgegevens.
De werkzaamheden maken deel uit van de zogeheten tweede long-shutdown op CERN, waarin aan versnellers en experimenten wordt gesleuteld. De LHC-versneller zelf zal volgens een nieuw schema van CERN eind september 2021 weer in bedrijf komen. Door de corona-shutdown is dat maanden later dan was voorzien.
Vooral de verbetering van de PS Booster is cruciaal voor de plannen die CERN voor de komende jaren heeft met de LHC. De originele PS Booster stamt nog uit de begintijd van CERN een halve eeuw geleden. De afgelopen 18 maanden is ongeveer 40 procent van het synchrotron vervangen door nieuwe apparatuur, zegt coördinator David Grey van het project.
De nieuwe linac-4 versneller vormt de eerste stap naar de protonbundels van de LHC. Het apparaat versnelt negatieve waterstof-ionen (een proton met twee elektronen) naar 160 MeV energie, ruim driemaal zoveel als de vorige voorversneller haalde.
Daarna worden de geproduceerde deeltjes van elektronen ontdaan en blijven versnelde protonen over. Die worden in de SP Booster verder opgejaagd tot 2 GeV energie, voorheen 1,4 GeV. De hogere energie maakt dat de geladen protonen toch in een smalle bundel kunnen blijven, ondanks hun onderlinge elektrische afstoting.
De nieuwe installaties zijn vooral gericht op minder verliezen onderweg. In de oude injector ging tot 30 procent van de deeltjes verloren, nu is dat nog maar een paar procent. Daartoe zijn ondermeer de elektriciteitsvoorziening, koeling, stuur- en focusmagneten en elektromagnetische opjaagsystemen vervangen en verbeterd. ‘Eerst reden we in een auto uit de vorige eeuw, nu hebben we een hedendaags supermodel’, zegt Hay op de website van CERN.
Voor de besturing van het versnellercomplex voorafgaand aan de LHC is nieuwe software ontwikkeld, die de komende maanden getest gaat worden, eerst nog zonder bundels, later met.
Vanaf december dit jaar zullen de eerste voorversnellers van de LHC herstarten. Volgend jaar zomer zullen sommige kleine experimenten weer bundel hebben. De LHC zelf komt pas eind september 2021 weer in bedrijf, met een tweemaal zo intense bundel.
Volgens plan in maart 2022 is die bundel ook weer beschikbaar voor de grote experimenten, zoals die waarin Nikhef deelneemt: ATLAS, Alice en LHCb. Ook die detectoren ondergaan de afgelopen anderhalf jaar aanzienlijke verbeteringen, deels ook met bijdragen van Nikhef.
Gedurende de LS2-sluiting is ook intensief gewerkt aan de voorbereiding van een tienmaal zo intense LHC-bundel, die rond 2025 een feit moet zijn: de high-luminosity HL-LHC. In de laatste fase van de LHC-versneller zal daarmee het overgrote deel van de meetgegevens worden binnengehaald.
Met 7 TeV energie blijft de 21 kilometer groter cirkelversneller in Genève de grootste en krachtigste versneller ter wereld. CERN gaat een haalbaarheidsstudie doen naar een toekomstige 100 kilometer grote nieuwe versneller, in eerste instantie vooral om het higgsdeeltje nauwkeuriger te bestuderen.
(bron: CERN)