Nesta sexta-feira (18) um teste usando colisões de íons de chumbo foi realizado no Large Hadron Collider (LHC) e proporcionou uma oportunidade para os experimentos validarem os novos detectores e novos sistemas de processamento de dados antes da física de chumbo-chumbo do próximo ano. corre.

Após o início bem-sucedido da Run 3 em julho deste ano, que contou com colisões próton-próton na energia recorde de 13,6 TeV, foi a vez dos núcleos de chumbo voltarem a circular no LHC na última sexta-feira, após um intervalo de quatro anos. Os núcleos de chumbo compreendem 208 nucleons (prótons e nêutrons) e são usados ??no LHC para estudar o plasma quark-gluon (QGP), um estado da matéria em que os constituintes elementares, quarks e gluons, não estão confinados dentro dos nucleons, mas podem se mover e interagir em um volume muito maior.

No teste realizado na última sexta-feira, núcleos de chumbo foram acelerados e colidiram a uma energia recorde de 5,36 TeV por colisão núcleo-núcleo. Este é um marco importante na preparação para as execuções físicas com colisões chumbo-chumbo planejadas para 2023 e os anos seguintes da Corrida 3 e Rodada 4. Nas colisões chumbo-chumbo, cada um dos 208 núcleos de um dos núcleos de chumbo pode interagir com um ou vários nucleons do outro núcleo principal.

O complexo injetor de íons do CERN passou por uma série de atualizações em preparação para dobrar a intensidade total dos feixes de íons de chumbo para o LHC de alta luminosidade. Atingir esse objetivo requer uma técnica chamada "momentum slip-stacking" para ser usada no Super Proton Synchrotron (SPS), onde dois lotes de quatro feixes de íons de chumbo separados por 100 nanossegundos "deslizam" para produzir um único lote de 8 feixes de chumbo separados por 50 nanossegundos.

Isso permitirá que o número total de cachos injetados no LHC aumente de 648 na execução 2 para 1248 na execução 3 e seguintes. Depois que todas as atualizações forem concluídas, o LHC fornecerá um número dez vezes maior de colisões de íons pesados ??em relação às execuções anteriores.

O teste também foi um marco crucial para o ALICE, o experimento do LHC especializado no estudo de colisões de íons de chumbo. O aparelho ALICE foi atualizado durante o recente desligamento do LHC e agora apresenta vários detectores completamente novos ou bastante aprimorados, bem como novo hardware e software para processamento de dados.

Os novos detectores fornecem maior resolução espacial na reconstrução das trajetórias e propriedades das partículas produzidas nas colisões. Além disso, o aparelho atualizado e a cadeia de processamento atualizada podem registrar as informações de colisão completas a uma taxa duas ordens de magnitude superior.

Outros experimentos usaram a execução de teste para comissionar seus subsistemas atualizados e recém-instalados no novo ambiente de íons pesados ??de maior energia e espaçamento de grupo de 50 ns. O ATLAS testou atualizações para seu software de seleção (trigger), que é projetado para melhorar a coleta de dados de física de íons pesados ??no Run 3. Em particular, os físicos testaram um novo trigger de trilha de partículas projetado para detectar uma gama mais ampla de "colisões ultraperiféricas ".

O CMS atualizou vários componentes de suas cadeias de leitura, aquisição de dados, gatilho e reconstrução para poder aproveitar ao máximo as colisões de chumbo-chumbo de alta energia.

Os preenchimentos de chumbo fornecidos pelo LHC permitiram que o CMS comissionasse todo o sistema com feixe e identificasse as áreas que poderiam ser otimizadas para as execuções de íons pesados ??de 2023. O LHCb começou a comissionar seu novo detector nas condições desafiadoras de colisões chumbo-chumbo caracterizadas por uma multiplicidade de partículas muito grande. Além das colisões chumbo-chumbo, o LHCb coletou colisões chumbo-argônio no modo de alvo fixo usando o novo sistema SMOG2, exclusivo do experimento e projetado para injetar gases nobres na área de colisão do LHCb .

Mesmo que muito curto, o programa chumbo-chumbo 2022 pode ser considerado um sucesso para o acelerador LHC, os experimentos e o complexo injetor de íons pesados ??do CERN. Os quatro grandes detectores do LHC viram e registraram colisões de chumbo em um novo recorde de energia pela primeira vez. Os pesquisadores agora estão ansiosos pela campanha de física de íons pesados ??em 2023 e nos anos seguintes.