Jak pokračuje spouštění největšího urychlovače?

Vladimír Wagner

V nedávných dnech se podařilo zase velice rázně postoupit v uvádění do provozu urychlovače LHC. Podrobnější popis tohoto zařízení a očekávané výsledky jeho využití už byly na Oslovi podrobně rozebírány. Můžete si připomenout, jak urychlovač LHC a jeho experimenty vypadají i jak zatím probíhalo jeho dokončování. Dnes bych se krátce věnoval aktuálnímu stavu a zmínil se o několika zajímavostech.

 
Kontrolní místnost urychlovače LHC (zdroj CERN).
 
První protony v urychlovači LHC 
 

Samotné urychlování protonů probíhá v několika stupních, přičemž se užívají urychlovače, které pracují v laboratoři CERN již dlouho. V pátek 22. srpna večer se podařilo vstřiknout shluk několika protonů z předurychlovače SPS (Super Proton Synchrotron) do samotného urychlovače LHC ve směru proti pohybu hodinových ručiček. Shluk protonů se po průletu systémem transportujícím urychlované částice mezi urychlovači SPS a LHC pohyboval zhruba tři kilometry v rouře samotného urychlovače LHC. Následně byla laděna synchronizace transportu a vyladilo se vstřikování shluku protonů z SPS do LHC ve zmíněném směru proti pohybu hodinových ručiček.

Jeden z prvních případů protonů, které se 22. srpna v 17:30 dostaly do tunelu LHC a byly zachyceny detektory experimentu LHCb (zdroj CERN).

Interakce některých z těchto protonů byly zaznamenány detektory experimentu LHCb, který byl nejblíže místu, kam se při pouti svazku proti směru pohybu hodinových ručiček protony vydávají. Tato událost je jedním z vrcholů náročného spouštění urychlovače, který předcházela dlouhá řada velmi různorodých testů. Mezi zajímavé patřila například zkouška provedená v březnu. Zjišťovala, zda v trubicích urychlovače nezůstal nějaký nežádoucí předmět a svazek protonů při své cestě nenarazí na překážku. V tomto případě se využil pingpongový míček, který měl ve svém nitru jednoduché zařízení, které byla schopna zaznamenat vysokofrekvenční čidla urychlovače. Zmíněný míček se do trubky tak akorát vlezl. Odčerpáváním vzduchu se v trubce vytvořil na jedné straně podtlak a míček se vydal na 27 km dlouhou pouť trubkou urychlovače. Taková zkouška není samoúčelná. Na jednom z ruských urychlovačů se traduje, že během odčerpávání vzduchu z něho nebylo stále možné dosáhnout potřebného vakua. Ať čerpali jak chtěli intenzivně a dlouho. Nakonec jej znovu otevřeli a v jeho trubce našli úplně vysušenou a mumifikovanou myš. Nevím do jaké míry je to pravda a jestli to není pouze legenda. V tomto případě pouze prodávám tak, jak jsem vyslechl.

Obraz úplně prvního shluku protonů v trubici LHC 11. srpna 2008 (zdroj CERN).

Velmi náročné bylo jak dosažení potřebného vakua, tak i ochlazení všech magnetů na teplotu tekutého helia (pouhé necelé dva stupně nad absolutní nulou). Jen bych připomenul, že se při ochlazování mění i rozměry těles a v našem případě dojde na celé délce 26 659 m ke zkrácení urychlovače zhruba o 20 m. Ochlazování všech osmi sektorů, do kterých je urychlovač rozdělen, bylo dokončeno k počátku srpna. Bylo tak možno začít s vylaďováním koordinované práce celého systému. Už zmíněné vstříknutí prvních protonů ve směru proti pohybu hodinových ručiček bylo doplněním synchronizace při vstřikování ve směru pohybu hodinových ručiček, která byla otestována již v první půli srpna. Úplně první protony tak do urychlovače LHC vletěly 11. srpna. Vše je tak nyní připraveno k tomu, aby 10. září došlo k plánovanému prvnímu oběhu shluku protonů celým obvodem urychlovače. Jestli vše proběhne podle plánu, bude následovat ladění pohybu shluků protonů s energií 450 GeV, kterou obdržely již v urychlovači SPS a posléze i urychlování. Letos se plánuje urychlení na energii zhruba 70 % maximální projektované energie, která je 7000 GeV. Po zimní přestávce v energeticky nejnáročnějším období roku by se pak mělo v příštím roce dosáhnout už i maximální plánované energie. Z počátku však bude intenzita svazku relativně malá a dosažení maximálních plánovaných parametrů se nepředpokládá před rokem 2010. Zatím vše nasvědčuje tomu, že by oficiální přestřižení pásky spouštějící za účasti politiků a celebrit urychlovač LHC, které je stanoveno na 21. říjen tohoto roku, mohlo být slavnostní opravdu oprávněně.

Jeden z prvních záznamů průchodu kosmického záření soustavou vnitřních dráhových detektorů experimentu ALICE (zdroj CERN).

Intenzivní testování detektorů pomocí kosmického záření

Velice intenzivně se na experimenty připravují i jednotlivé experimenty. Již několik měsíců probíhají nonstop směny a ladí se souhra činností všech zařízení jednotlivých experimentů. Hledají se a průběžně odstraňují nedostatky a závady. Zatím vše probíhá s využitím mionů kosmického záření, které se dostávají až hluboko do podzemí a jsou detektory zaznamenávány. Jako příkladu si blíže všimněme experimentu ALICE, na kterém pracuje i naše skupina fyziků a studentů z Ústavu jaderné fyziky v Řeži a Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT v Praze. Podílíme se hlavně na konstrukci a provozu křemíkových driftových detektorů, které jsou součástí systému vnitřních dráhových detektorů. Tyto detektory mají umožnit proměřovat dráhy nabitých částic s přesností v řádu desítek mikrometrů a zkoumají tak rozpady velmi krátce žijících částic.

Poslední společný snímek experimentu ALICE a jeho účastníků, kteří byli zrovna v laboratoři CERN. Pořízeno těsně před uzavřením podzemí. Napravo vpředu je v tátově náruči i nejmladší „fyzik“ Petřík, který přijel s rodiči z Česka. (Zdroj CERN).

Systém nízkovoltového napájení křemíkových detektorů dodávala česká firma, naši fyzikové se podíleli na realizaci programového systému, který tyto detektory kontroluje a ovládá a naši studenti se účastnili instalace a oživování těchto detektorů a příslušného elektronické systému v podzemí. V posledních měsících se pak střídají na pravidelných směnách při testování a ladění celého systému. Zlomové v tomto případě bylo červnové zachycení prvních průletů částic kosmického záření vnitřními dráhovými detektory experimentu ALICE, které potvrdilo jejich správnou činnost.

Petřík, tentokrát sám s mámou před magnetem experimentu ALICE (zdroj Světlana Kušpilová).

V červenci pak skončily poslední práce na ALICI v podzemí a těsně před jeho uzavřením ještě proběhlo poslední fotografování s účastí všech členů ALICE týmu, kteří byli v té době v laboratoři CERN. Z naší skupiny pocházel i nejmladší „fyzik“ na fotce, který tam v té době pobýval s rodiči. Vasil a Světlana mají velký podíl právě na vývoji a testování křemíkových driftových detektorů pro ALICI a jejich elektronického systému.

Otec Petříka, tentokrát už v práci na směně ve ztemnělém velínu experimentu ALICE (zdroj Světlana Kušpilová)

Pro udržení a kontrolu chodu zvláště na počátku relativně velkého počtu lidí. Každý subsystém má na směně svého člověka, proto i řada našich studentů během prázdnin v laboratoři CERN na směnách střídala. Nejen oni vyhlížejí blížící se okamžik, kdy začne ALICE i další experimenty zaznamenávat první srážky protonů a jader.

---