Fyzikální ústav Akademie věd ČR

Dva měsíce jsou v životě obřího částicového projektu nevelký okamžik, ale urychlovač LHC v CERN toho za tu dobu dokázal vcelku dost. První srážky protonů s energií 3,5 TeV, k nimž došlo 30. března, byly důležitým milníkem, nicméně byl to jen první krok na dlouhé a komplikované cestě. Od té doby bylo dosaženo významného pokroku a vše zatím pokračuje dobře.

Další důležitý okamžik pro LHC nastal 19. dubna, kdy se podařilo desetinásobně zvýšit luminozitu - to znamená, že urychlovač začal dodávat každému z experimentů desetkrát víc srážek za jednotku času, než tomu bylo před tím. Stalo se tak díky současnému zlepšení dvou parametrů svazku: jednak se zdvojnásobil počet protonů v každém z obíhajících shluků (bunches), jednak byl svazek v místech interakcí stlačen do menšího průměru. Ten nyní činí v místech srážek experimentů ATLAS a CMS 45 mikrometrů, což odpovídá čtvrtině tloušťky lidského vlasu. Předchozí hodnota byla snížena na pětinu. Konečným cílem je dosáhnout ještě dalšího asi čtyřnásobného stlačení svazku.

Kontrolní centrum LHC, 30. 3. 2010 (© CERN)

Za těchto podmínek pracoval urychlovač 4 týdny a každý z experimentů nabral nezanedbatelné množství dat. Pak přišel další významný krok. O víkendu kolem 22. května urychlovač začal pracovat v režimu 13 shluků v každém svazku.

První srážky 30. března proběhly s jedním shlukem na svazek, zatímco konečný cíl je 2808 shluků na svazek, takže toho zbývá ještě hodně udělat. Onoho víkendu bylo nicméně dosaženo dosud rekordní luminozity 2.10²⁹ cm^-2s^-1. Pro řádovou představu o této veličině: 30. března byla luminozita 10²⁷, cíl pro konec roku 2010 je 10³² a konečná plánovaná hodnota pro LHC je 10³⁴ cm^-2s^-1.

Těchto zlepšení bylo dosaženo při současném nabírání dat, takže i experimenty dosáhly značného pokroku. Všechny pracují s efektivitou kolem 90%, což je pro tak složitá zařízení v počáteční fázi jejich fungování pozoruhodný výsledek. Byly zaznamenány miliardy srážek a úspěšně odeslány k analýze prostřednictvím počítačového gridu LHC (LHC Computing Grid). Nyní probíhá něco, co by se dalo nazvat „znovuobjevování standardního modelu“ – věc nutná pro to, aby fyzikové přesně rozuměli experimentálním aparaturám a byli plně připraveni hledat novou fyziku. Na základě dat z LHC už vznikla zhruba desítka publikací zaslaných do fyzikálních časopisů nebo konferenčních příspěvků.

Detektor ATLAS, energie srážky 7 TeV: První zaznamenaná událost interpretovaná jako vznik bosonu Z a jeho následný rozpad na 2 miony (© CERN)

Nabírání fyzikálních dat pravidelně střídají období vývojové práce s urychlovačem a se svazkem, což je naprosto podstatné pro další zlepšování parametrů. Během několika posledních etap vývoje dosáhl operační tým LHC dalších slibných výsledků, což by v následujících měsících měly pocítit i experimenty. Prvním bylo vstříknutí shluků s vyšší intenzitou než finální plánovaná pro LHC a jejich srážení při 450 GeV (tj. bez urychlování). Tato energie neznamená pro fyziku nic nového, ale z hlediska práce urychlovače je to důležitý moment, protože obtížnost a možnost komplikací při srážení svazků rostou s intenzitou. Přidávání dalších shluků do svazku je ve srovnání s tím relativně snazší. A třešnička na dortu - minulý týden se při vývojových pracích podařilo srazit shluky s plánovanou vysokou intenzitou při energii 3,5 TeV.

Při této cestě vpřed a stálém zlepšování parametrů je naprosto zásadní dodržovat princip opatrnosti. Všechno se přizpůsobuje systémům, které chrání LHC a experimenty před částicemi, které by se „splašily“. Kolimátory zachytí částice, které utečou z plánovaných orbitů, dřív než mohou způsobit škodu na magnetech nebo citlivých částech detektorů. Systém pohlcení svazku (beam dump) vyvede v případě potřeby všechny protony z urychlovače a existenci svazků bezpečně ukončí. Zvýšení intenzity svazků musí schválit odborníci z týmů odpovědných za systémy ochrany LHC a zlepšováni tudíž probíhá po krůčcích. Každý nárůst intenzity – a tedy celkové energie uložené ve svazcích protonů – je procesem, na němž se tyto týmy učí a nabírají zkušenost, takže k němu může dojít teprve tehdy, když jsou všechny detaily jasné a nemůže dojít k žádnému překvapení.

Další unikátní systémy LHC, jako kryogenika a vakuový systém, pracují dokonale. Svědčí o tom skutečnost, že o nich skoro není slyšet.

V současné době je LHC funkční (availability for operation) přes 60% celkového času. To je pro takto složitý urychlovač v raném stadiu činnosti pozoruhodně dobrá hodnota. Fyzikové pracující na LHC mají před sebou spoustu práce, ale hodně se jim toho už podařilo, jsou na dobré cestě splnit plány pro rok 2010 a pokračují dál v tomto velkém dobrodružství vědy.

Vyjádření generálního ředitele CERN R. Heuera ze 2. 6. 2010.

Další informace a novinky o LHC se dají získat ze stránek The CERN LHC Portal.

Technické podrobnosti a odborné detaily o činnosti a vývoji LHC lze najít na webových stránkách LHC Commissioning with Beam.