El CERN ha probado con éxito "cavidades de cangrejo" para hacer girar un haz de protones, una primicia mundial. La prueba se llevó a cabo el 23 de mayo utilizando un rayo del acelerador Super Proton Synchrotron (SPS) del CERN y mostró que grupos de protones podían inclinarse utilizando estas cavidades transversales de radiofrecuencia superconductoras. Estas cavidades son un componente clave del Gran Colisionador de Hadrones de Alta Luminosidad (HL-LHC), la futura actualización del LHC.

El HL-LHC, que se pondrá en servicio después de 2025, aumentará la luminosidad del LHC en un factor de cinco a diez. La luminosidad es un indicador crucial del rendimiento de un colisionador:da el número de colisiones potenciales por unidad de superficie durante un período de tiempo determinado. En otras palabras, cuanto mayor sea la luminosidad, cuanto mayor sea el número de colisiones y más datos podrán recopilar los experimentos. Esto permitirá a los investigadores observar procesos raros que ocurren más allá del nivel de sensibilidad actual del LHC. Los físicos también podrán realizar estudios precisos de las nuevas partículas observadas en el LHC, como el bosón de Higgs. Las cavidades de cangrejo recientemente desarrolladas jugarán un papel importante para aumentar la luminosidad.

En el LHC, los dos haces contrarrotantes no son una corriente continua de partículas, sino que están formados por "racimos" de protones de unos pocos centímetros de largo, cada uno contiene miles de millones de protones. Estos racimos se encuentran en un pequeño ángulo en cada punto de colisión de los experimentos. Cuando se instala a cada lado de los experimentos ATLAS y CMS, las cavidades del cangrejo "inclinarán" racimos de protones en cada haz para maximizar su superposición en el punto de colisión. De esta manera, todos los protones del grupo se verán obligados a atravesar toda la longitud del grupo opuesto, aumentando la probabilidad de colisiones y por tanto más luminosidad. Después de inclinarse, el movimiento de los racimos de protones parece ser lateral, como un cangrejo. Las cavidades de cangrejo ya se usaban en el colisionador KEKB en Japón para electrones y positrones, pero nunca con protones, que son más masivos y con energías significativamente más altas. "Se espera que las cavidades del cangrejo aumenten la luminosidad general entre un 15 y un 20%, "explica Rama Calaga, líder del proyecto de la cavidad del cangrejo.

Los dos primeros prototipos de cavidades de cangrejo se fabricaron en el CERN en 2017 en colaboración con la Universidad de Lancaster y el Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología (STFC) en el Reino Unido. así como el Programa de Investigación del Acelerador del LHC de EE. UU. (USLARP). Las cavidades se ensamblaron en un criostato y se probaron en el CERN. Están hechos de material superconductor de niobio de alta pureza, operando a 2 kelvin (-271 ° C), para generar un voltaje transversal muy alto de 3-4 millones de voltios. Las cavidades se instalaron en el acelerador SPS durante la última parada técnica invernal para someterse a pruebas de validación con haces de protones.

Las primeras pruebas de haz del 23 de mayo duraron más de 5 horas a una temperatura de 4,2 K con un solo grupo de protones acelerado a 26 GeV y que contenía entre 20 y 80 mil millones de protones. casi la intensidad de los racimos del LHC. Las cavidades del cangrejo se alimentaron a aproximadamente el 10% de su voltaje nominal. El "cangrejo" se observó utilizando un monitor especial para observar la inclinación a lo largo del racimo. "Estas pruebas marcan el inicio de una instalación única para probar cavidades superconductoras en una corriente alta, haz de protones de alta energía, "explica Lucio Rossi, líder del proyecto HL-LHC. "Los resultados son impresionantes y cruciales para demostrar la viabilidad de utilizar tales cavidades para aumentar la luminosidad en el LHC".

En los próximos meses, las cavidades se pondrán en servicio a su voltaje nominal de 3,4 millones de voltios y se someterán a una serie de pruebas para validar completamente su funcionamiento para la era HL-LHC. Se instalarán un total de 16 cavidades de este tipo en el HL-LHC:ocho cerca de ATLAS y ocho cerca de CMS.