Los protones podrían ser el pan y la mantequilla del Gran Colisionador de Hadrones, pero eso no significa que no pueda desear sabores más exóticos de vez en cuando. El miércoles, 25 de julio Por primera vez, Los operadores inyectaban no sólo núcleos atómicos, sino "átomos" de plomo que contenían un solo electrón en el LHC. Esta fue una de las primeras pruebas de prueba de principio para una nueva idea llamada Gamma Factory, parte del proyecto Physics Beyond Colliders del CERN.

"Estamos investigando nuevas ideas sobre cómo podríamos ampliar la infraestructura y el programa de investigación actuales del CERN, "dice Michaela Schaumann, un ingeniero a cargo del LHC. "Descubrir lo que es posible es el primer paso".

Durante el funcionamiento normal, el LHC produce un flujo constante de colisiones protón-protón, luego aplasta los núcleos atómicos durante unas cuatro semanas justo antes del cierre anual de invierno. Pero durante unos pocos días al año, Los físicos de aceleradores pueden probar algo completamente nuevo durante los períodos de desarrollo de la máquina. Previamente, Aceleraron núcleos de xenón en el LHC y probaron otros tipos de iones de plomo parcialmente despojados en el acelerador SPS.

"Esta ejecución especial del LHC fue realmente el último paso de una serie de pruebas, "dice el físico Witold Krasny, quien está coordinando un grupo de estudio de unos 50 científicos para desarrollar nuevas formas de producir rayos gamma de alta energía.

Acelerar los núcleos de plomo con un electrón restante puede ser un desafío debido a lo delicados que son estos átomos. "Es muy fácil quitar accidentalmente el electrón, "explica Schaumann." Cuando eso sucede, el núcleo choca contra la pared del tubo del rayo porque su carga ya no está sincronizada con el campo magnético del LHC ".

Durante la primera ejecución, Los operadores inyectaron 24 racimos de "átomos" y lograron un rayo estable de baja energía dentro del LHC durante aproximadamente una hora. Luego aumentaron el LHC a su máxima potencia y mantuvieron el rayo durante unos dos minutos antes de que fuera expulsado al vertedero. "Si demasiadas partículas se desvían de su curso, el LHC descarga automáticamente el rayo, ", afirma Schaumann." Nuestra principal prioridad es proteger el LHC y sus imanes ".

Después de ejecutar los imanes a través del ciclo de reinicio, Schaumann y sus colegas lo intentaron de nuevo, esta vez con solo seis racimos. Mantuvieron el rayo circulando durante dos horas antes de tirarlo intencionalmente.

"Predijimos que la vida útil de este tipo especial de haz dentro del LHC sería de al menos 15 horas, ", dice Krasny." Nos sorprendió saber que la vida útil podría ser de unas 40 horas. Ahora la pregunta es si podemos preservar la misma vida útil del haz a una intensidad más alta optimizando la configuración del colimador, que todavía estaban configurados para protones durante esta ejecución especial ".

Los físicos están haciendo estas pruebas para ver si el LHC podría funcionar algún día como una fábrica de rayos gamma. En este escenario, los científicos dispararían a los "átomos" circulantes con un láser, haciendo que el electrón salte a un nivel de energía más alto. A medida que el electrón vuelve a caer, escupe una partícula de luz. En circunstancias normales, esta partícula de luz no sería muy energética, pero debido a que el "átomo" ya se mueve a una velocidad cercana a la de la luz, la energía del fotón emitido aumenta y su longitud de onda se contrae (debido al efecto Doppler).

Estos rayos gamma tendrían suficiente energía para producir partículas normales de "materia", como los quarks, electrones e incluso muones. Como la materia y la energía son dos caras de la misma moneda, estos rayos gamma de alta energía se transformarían en partículas masivas e incluso podrían transformarse en nuevos tipos de materia, como la materia oscura. También podrían ser la fuente de nuevos tipos de haces de partículas, como un haz de muones.

A pesar de que todavía queda un largo camino por recorrer, las pruebas de esta semana fueron un primer paso importante para ver lo que es posible.