近日，大型強(qiáng)子對撞機(jī)(LHC)迎來重大進(jìn)展，該加速器成功首次實現(xiàn)了質(zhì)子與氧離子的碰撞。6月29日至7月9日，LHC切換至特殊運行模式，將依次開展質(zhì)子 - 氧離子碰撞、氧 - 氧碰撞以及氖 - 氖碰撞，其中后兩項實驗均為首次嘗試，期間還會安排數(shù)天用于機(jī)器設(shè)置和調(diào)試。

在LHC隧道內(nèi)。(圖片：CERN)

此次特殊運行模式將覆蓋廣泛的研究領(lǐng)域，從宇宙射線研究到強(qiáng)力和夸克膠子等離子體研究等。LHC實驗團(tuán)隊期待借此收獲大量新數(shù)據(jù)，為相關(guān)領(lǐng)域研究提供有力支持。

這一系列實驗不僅標(biāo)志著充滿活力的研究行動開啟，也意味著一個漫長而細(xì)致的準(zhǔn)備進(jìn)程畫上句號。該進(jìn)程于4月中旬在加速器綜合體中正式啟動，而初步可行性研究早在2019年就已開展。在準(zhǔn)備過程中，每臺機(jī)器都需經(jīng)過特殊配置，以適應(yīng)氧離子和氖離子的使用。這些離子先在Linac3中產(chǎn)生，隨后被依次注入低能離子環(huán)(LEIR)、質(zhì)子同步加速器(PS)、超級質(zhì)子同步加速器(SPS)(SPS還會向北區(qū)的固定目標(biāo)實驗發(fā)射氧束)，最終進(jìn)入大型強(qiáng)子對撞機(jī)(LHC)。

LHC離子專家羅德里克·布魯斯指出：“目前的運行模式，即質(zhì)子束與氧離子束碰撞，是最具挑戰(zhàn)性的。這是因為加速器內(nèi)部的電磁場對質(zhì)子和氧離子的影響不同，二者荷質(zhì)比存在差異。若不進(jìn)行校正，兩束粒子束每次旋轉(zhuǎn)時會在不同位置碰撞。”為解決這一問題，工程師們正仔細(xì)調(diào)整旋轉(zhuǎn)頻率和每束粒子束的動量，確保碰撞發(fā)生在LHC四個主要實驗的核心位置，即ALICE、ATLAS、CMS和LHCb。

除了上述四個主要實驗，還有其他實驗參與此次特殊行動。上周，LHCf實驗(利用碰撞產(chǎn)生的小角度粒子研究宇宙射線)在LHC光束線上安裝了一個探測器，該探測器距離ATLAS實驗的碰撞點140米，將用于質(zhì)子 - 氧氣碰撞實驗。后續(xù)，該探測器將被移除，并由量熱儀取代，量熱儀將在氧氣 - 氧氣和氖 - 氖碰撞期間提供更多數(shù)據(jù)。

此外，此次活動也為繼續(xù)測試晶體準(zhǔn)直技術(shù)提供了契機(jī)。這是對LHC準(zhǔn)直系統(tǒng)的關(guān)鍵升級，旨在緩解離子束暈(偏離離子束軌道的粒子暈)問題。由于LHC傳統(tǒng)準(zhǔn)直系統(tǒng)對離子束的效率較低，因此將在氧 - 氧和氖 - 氖運行開始前插入一些晶體準(zhǔn)直器進(jìn)行測試。