Vandaag, de LHC proeft iets ongewoons. Acht uur lang, de Large Hadron Collider versnelt en botst met xenon-kernen, waardoor de grote LHC-experimenten, ATLAS, ALICE, CMS en LHCb, om xenonbotsingen voor het eerst vast te leggen.

Xenon is een edelgas, in minuscule hoeveelheden in de atmosfeer aanwezig. De atomen bestaan ​​uit 54 protonen en tussen 70 en 80 neutronen, afhankelijk van de isotoop. De xenonbotsingen in de LHC (van atomen met 54 protonen en 75 neutronen) zijn dus vergelijkbaar met de zware-ionenbotsingen die regelmatig plaatsvinden bij de LHC. Normaal gesproken, lood kernen, die een veel grotere massa hebben, worden gebruikt. "Maar een run met xenon-kernen was gepland voor het NA61/SHINE fixed-target experiment bij de SPS (Super Proton Synchrotron), " legt Reyes Alemany Fernandez uit, die verantwoordelijk is voor heavy-ion runs. "We maken daarom van de gelegenheid gebruik voor een korte run met xenon bij de LHC."

"Het is een unieke kans om zowel de mogelijkheden van de LHC te verkennen met een nieuw type straal als om nieuwe natuurkundige resultaten te verkrijgen, " zegt John Jowett, de fysicus die verantwoordelijk is voor zware-ionenbundels bij de LHC.

En wie weet? Misschien leidt deze ongekende run tot verrassende ontdekkingen. "De experimenten zullen dezelfde soort analyses uitvoeren met xenon-ionen als met loodionen, maar, omdat de xenon-kernen minder massa hebben, de geometrie van de botsing is anders, " legt Jamie Boyd uit, LHC programma coördinator, die verantwoordelijk is voor de verbinding tussen de LHC-machine en de experimentteams. Door botsingen van zware ionen kunnen natuurkundigen quark-gluonplasma bestuderen, een toestand van materie waarvan wordt gedacht dat deze kort na de oerknal heeft bestaan. In deze extreem dichte en hete oersoep, quarks en gluonen konden vrij rondlopen, zonder te worden beperkt door de sterke kracht van protonen en neutronen, zoals ze nu in ons universum zijn.

Overstappen van protonen naar xenon is geen fluitje van een cent, echter. Sinds begin dit jaar bereidt een team het acceleratorcomplex voor op de xenon-run. Atomen van het gas worden versneld en ontdaan van hun 54 elektronen in vier opeenvolgende versnellers voordat ze in de LHC worden gelanceerd. "Het aantal trossen en de omwentelingsfrequentie varieert sterk tussen protonen en xenonkernen, " legt Reyes Alemany Fernandez uit. "Een van de problemen is het aanpassen en synchroniseren van de radiofrequentiesystemen van de versnellers."

Nadat de xenon een paar uur in de LHC had gedraaid, xenonkernen zullen blijven circuleren in het versnellercomplex, maar alleen voor zover de SPS. Gedurende acht weken, de SPS zal xenon-ionen leveren aan het NA61/SHINE-experiment, die ook quark-gluon plasma bestudeert, maar waarvan de analyses die van de LHC-experimenten zullen aanvullen. Specifieker, NA61/SHINE is geïnteresseerd in het ontsluitingspunt, een botsingsenergiedrempel waarboven de vorming van quark-gluonplasma mogelijk zou zijn. NA61/SHINE test dus systematisch veel botsingsenergieën met ionen van verschillende massa's. Na lood, beryllium en argon, het is nu de beurt aan xenon om het podium te betreden.