Voor de eerste keer, het LHCb-experiment bij CERN heeft gelijktijdig gegevens verzameld in collider- en in fixed-target-modi. Hiermee, de LHCb speciale run is nog specialer.

De afgelopen twee weken stonden in het teken van speciale runs van de Large Hadron Collider (LHC), aan het einde van de protonenrun van LHC 2017 en vóór de winterstop. Eén run betrof protonbotsingen met een energie van 5,02 TeV, voornamelijk om een ​​referentie in te stellen om te vergelijken met lood-ionbotsingsgegevens. Bijzonder dit jaar is dat er een kleine hoeveelheid neongas werd geïnjecteerd in de straalpijp nabij het interactiepunt van het LHCb-experiment. Hierdoor konden natuurkundigen proton-neon verzamelen op hetzelfde moment als proton-protonbotsingsgegevens.

Wanneer (edel)gassen in de straalpijp worden geïnjecteerd om met protonen te botsen, het LHCb-experiment bevindt zich in de modus "vast doel", in tegenstelling tot de standaard "collider"-modus. Maar in tegenstelling tot traditionele experimenten met vaste doelen, waar de bundel van versnelde deeltjes is gericht op een dicht vast of vloeibaar doel, hier botsen LHC-protonen met een handvol neonkernen die in de buurt van het botsingspunt zijn geïnjecteerd en in de bundelbuis drijven. Deze kernen vervuilen het bijna perfecte LHC-vacuüm enigszins, maar de omstandigheden die ze creëren - waar de druk in de orde van 10 . is ^-7 millibar – worden nog steeds beschouwd als typerend voor ultrahoogvacuümomgevingen.

Er zijn twee belangrijke redenen om gegevens over proton-gasbotsingen te verzamelen bij de LHC. Aan de ene kant, deze gegevens helpen bij het begrijpen van nucleaire effecten (d.w.z. afhankelijk van het type kernen dat bij de botsingen is betrokken), die de productie van specifieke soorten deeltjes beïnvloeden (J/ψ- en D0-mesonen), waarvan de onderdrukte productie wordt beschouwd als het kenmerk van het quark-gluonplasma. Het quark-gluonplasma is de toestand waarin de materie die het universum vulde een paar miljoenste van een seconde na de oerknal zich bevond, toen protonen en neutronen nog niet waren gevormd, samengesteld uit quarks die niet aan elkaar binden en vervolgens vrij zijn om op zichzelf te bewegen.

Anderzijds, proton-neon interacties zijn belangrijk om ook kosmische straling te bestuderen – hoog-energetische deeltjes, meestal protonen, die van buiten het zonnestelsel komen - wanneer ze botsen met kernen in de atmosfeer van de aarde. Neon is een van de componenten van de atmosfeer van de aarde en lijkt qua nucleaire omvang sterk op de veel overvloediger stikstof en zuurstof.

Deze gasinjectietechniek was oorspronkelijk ontworpen om de helderheid van de versnellerbundels te meten, maar het potentieel ervan werd snel erkend door de LHCb-fysici en het wordt nu ook gebruikt voor specifieke natuurkundige metingen. In 2015 en 2016, het LHCb-experiment voerde al speciaal proton-helium uit, proton-neon en proton-argon loopt. In oktober van dit jaar, voor slechts acht uur, de LHC versnelde en botste xenon-kernen, waardoor de vier grote LHC-experimenten voor het eerst xenon-xenon-botsingen konden registreren.

Met deze recente 11-daagse proton-neon-run kunnen natuurkundigen een dataset verzamelen die 100 keer groter is dan alle proton-neonbotsingsgegevens die tot nu toe bij de LHC zijn verzameld, en de eerste resultaten van de analyses worden voor volgend jaar verwacht.