CERN heeft met succes "krabholten" getest om een ​​bundel protonen te roteren - een wereldprimeur. De test vond plaats op 23 mei met behulp van een straal van CERN's Super Proton Synchrotron (SPS)-versneller en toonde aan dat bundels protonen kunnen worden gekanteld met behulp van deze supergeleidende transversale radiofrequente holtes. Deze holtes zijn een belangrijk onderdeel van de High-Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC), de toekomstige upgrade van de LHC.

De HL-LHC, die na 2025 in gebruik zal worden genomen, zal de lichtsterkte van de LHC met een factor vijf tot tien verhogen. De helderheid is een cruciale indicator voor de prestaties van een versneller:het geeft het aantal potentiële botsingen per oppervlakte-eenheid over een bepaalde periode weer. Met andere woorden, hoe hoger de helderheid, hoe hoger het aantal botsingen en hoe meer gegevens de experimenten kunnen verzamelen. Hierdoor kunnen onderzoekers zeldzame processen observeren die plaatsvinden buiten het huidige gevoeligheidsniveau van de LHC. Natuurkundigen zullen ook in staat zijn om nauwkeurige studies uit te voeren van de nieuwe deeltjes die zijn waargenomen bij de LHC, zoals het Higgs-deeltje. De nieuw ontwikkelde krabholten zullen een belangrijke rol spelen om de helderheid te vergroten.

In de LHC, de twee tegengesteld draaiende bundels zijn geen continue stroom van deeltjes maar bestaan ​​uit "bundels" protonen van enkele centimeters lang, elk met miljarden protonen. Deze trossen ontmoeten elkaar onder een kleine hoek op elk botsingspunt van de experimenten. Wanneer geïnstalleerd aan elke kant van de ATLAS- en CMS-experimenten, de holtes van de krab zullen trossen protonen in elke straal "kantelen" om hun overlap op het botsingspunt te maximaliseren. Op zijn manier zal elk proton in de bundel gedwongen worden om door de hele lengte van de tegenoverliggende bundel te gaan, verhoogt de kans op botsingen en dus meer helderheid. Na te zijn gekanteld, de beweging van de protonenbundels lijkt zijwaarts te zijn - net als een krab. In de KEKB-versneller in Japan werden al krabholten gebruikt voor elektronen en positronen, maar nooit met protonen, die massiever zijn en met aanzienlijk hogere energieën. "Naar verwachting zullen de krabholten de algehele helderheid met 15 tot 20% verhogen, " legt Rama Calaga uit, leider van het krabholteproject.

De twee eerste prototypes van de krabholte werden in 2017 bij CERN vervaardigd in samenwerking met Lancaster University en de Science and Technology Facilities Council (STFC) in het Verenigd Koninkrijk, evenals het Amerikaanse LHC Accelerator Research Program (USLARP). De holtes werden in een cryostaat geassembleerd en getest bij CERN. Ze zijn gemaakt van zeer zuiver niobium supergeleidend materiaal, werkend bij 2 kelvin (-271°C), om een ​​zeer hoge dwarsspanning van 3-4 miljoen volt te genereren. De holtes werden tijdens de laatste technische winterstop in de SPS-versneller geïnstalleerd om validatietests met protonenbundels te ondergaan.

De eerste bundeltests op 23 mei duurden meer dan 5 uur bij een temperatuur van 4,2 K met een enkele protonenbundel die werd versneld tot 26 GeV en die tussen de 20 en 80 miljard protonen bevatte, bijna de intensiteit van de LHC-trossen. De krabholten werden gevoed tot ongeveer 10% van hun nominale spanning. Het "krabben" werd waargenomen met behulp van een speciale monitor om de helling langs de lengte van het bos te observeren. "Deze tests markeren de start van een unieke faciliteit voor het testen van supergeleidende holtes op een hoge stroomsterkte, hoogenergetische protonenstraal, " legt Lucio Rossi uit, leider van het HL-LHC-project. "De resultaten zijn indrukwekkend en cruciaal om de haalbaarheid te bewijzen van het gebruik van dergelijke holtes om de helderheid in de LHC te vergroten."

In de komende maanden, de holtes zullen in bedrijf worden gesteld op hun nominale spanning van 3,4 miljoen volt en zullen een reeks tests ondergaan om hun werking volledig te valideren voor het HL-LHC-tijdperk. In totaal zullen 16 van dergelijke holtes worden geïnstalleerd in de HL-LHC - acht nabij ATLAS en acht nabij CMS.