Beschleunigerbericht: Rückschläge überwinden, Antiprotonen kehren zurück, während der LHC seine leuchtende Leuchtkraft wiedererlangt

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6. Juni 2023

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Von Rende Steerenberg

Der am 10. Mai veröffentlichte Beschleunigerbericht hob hervor, dass sich der Antiprotonen-Physiklauf im Jahr 2023 aufgrund eines defekten Magneten im Injektionsbereich des Antiprotonen-Verzögerers (AD) um 50 Tage verzögerte (was den Lauf auf 122 statt der ursprünglich geplanten 172 Tage verkürzte). Folglich sollte die Strahlinbetriebnahme des AD am 12. Juni und die Lieferung von Antiprotonen an die AD-ELENA-Experimente am 30. Juni beginnen.

Nach der harten Arbeit vieler Experten erhielt das AD-Einsatzteam am Freitag, 1. Juni, um 11:58 Uhr – 12 Tage früher als geplant – grünes Licht vom AD-Injection-Kicker-Experten: Der Strahl konnte erneut in den AD-Ring eingespeist werden, das Zeichen Beginn der Strahlinbetriebnahme. Das AD-Betriebsteam und die Ausrüstungsexperten haben ihre Aktivitäten neu geplant, um sich auf die Inbetriebnahme des AD-Strahls zu konzentrieren, um den neu geplanten Beginn der Physik vorzuziehen und die Anzahl der verlorenen Physiktage von 50 auf etwa 40 zu reduzieren. Dies wird natürlich sehr begrüßt von den AD-ELENA-Experimentalnutzern, die sehnsüchtig auf niederenergetische Antiprotonen zur Durchführung ihrer Experimente warten.

Der Rest der LHC-Injektorkette läuft für den LHC und die Fixed-Target-Experimente gut. Der LHC musste jedoch einen vorübergehenden Rückgang der Leuchtkraftproduktion hinnehmen, da letzte Woche ein Hochfrequenz-(RF)-Fingermodul im Maschinenteil in der Nähe des ATLAS-Experiments ausgetauscht wurde (Punkt 1).

Am frühen Abend des Donnerstags, dem 25. Mai, wurde der LHC-Strahl während der Beschleunigung bei zwei aufeinanderfolgenden Füllungen abgeworfen. Beide Strahlausfälle wurden durch langsame lokale Verluste* links von Punkt 1 ausgelöst. Röntgenbilduntersuchungen und Strahlverluststudien führten zu dem Schluss, dass eines der HF-Fingermodule in einem warmen Abschnitt erhitzt wurde oder einen Lichtbogen bildete, wodurch das Vakuum darin abnahm in diesem Bereich und verursacht langsame lokale Strahlverluste. Die Leuchtkraftproduktion wurde unterbrochen und am langen Pfingstwochenende intervenierten verschiedene Teams im LHC-Tunnel, um das RF-Fingermodul auszutauschen (mit anschließender Vakuumpumpe). Bereits am Morgen des Dienstags, 30. Mai, wurden Strahlen injiziert und umgewälzt, um die Vakuumbedingungen zu überprüfen. Am Abend diente eine erste Füllung mit nur 700 Bündeln pro Strahl, gefolgt von einer zweiten Füllung mit 1200 Bündeln, der Physik und gleichzeitig der Konditionierung des Bereichs des neu installierten HF-Fingermoduls. In den folgenden Tagen stieg die Intensität auf 2400 Pakete und in einer zweiten Stufe wurde die Intensität pro Paket von 1,3x1011 auf 1,6x1011 Protonen pro Paket erhöht.

Bis auf weiteres und bis zu einem besseren Verständnis der Ursache des Fehlers im RF-Fingermodul wird die Bündelintensität auf 1,6 x 1011 Protonen pro Bündel begrenzt. Mittlerweile ist der LHC wieder mit dem standardmäßigen 2400-Bündel-Füllschema mit 1,55 x 1011 Protonen pro Bündel gefüllt, was nahezu 1 fb-1 pro Tag produziert. Während ich dies schreibe, betragen die integrierten Leuchtstärken für ATLAS und CMS jeweils 16 fb-1, was etwa 5 fb-1 unter dem Zielwert liegt, aber wir holen auf.

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* „Langsame lokale Verluste“ treten auf, wenn einige Strahlpartikel bei der Wechselwirkung mit den Gasmolekülen im verminderten Vakuum in bestimmten Teilen des Rings verloren gehen. Dieser Vorgang dauert einige Zeit, bevor der Schwellenwert zum Ablassen des Strahls erreicht wird.