ALICE to jeden z detektorów w LHC, najpotężniejszego na świecie akceleratora cząstek. Jego podstawowym celem jest poszukiwanie odpowiedzi na pytanie stanowiące fundament zrozumienia mechanizmu oddziaływań silnych w przyrodzie. 

Wiązki protonów lub jąder ołowiu rozpędzane są w LHC do olbrzymich energii i zderzane czołowo wewnątrz detektorów, by umożliwić obserwowanie nowych cząstek i zachodzących pomiędzy nimi oddziaływań. Zderzanie tak małych obiektów wymaga wyjątkowo precyzyjnego procesu przyspieszania i sterowania wiązkami. Można to porównać do sytuacji, w której wiązkę strzał wypuszczonych przez grupę łuczników chcielibyśmy strącić przy użyciu podobnej wiązki strzał wypuszczonych w przeciwnym kierunku przez podobną grupę łuczników. W tym przypadku „strzały” są znacznie mniejsze, a ich prędkości bliskie prędkości światła.

Z tarczą, czy na tarczy?

— Oprócz czołowych zderzaczy, w fizyce wysokich energii stosuje się również zderzenia wysokoenergetycznych wiązek cząstek ze stacjonarną tarczą. Obie metody mają swoje zalety, często unikatowe, dlatego warto jest wykorzystywać oba typy eksperymentów w celu jak najlepszego poznania zasad mikroświata, w możliwie różnych warunkach laboratoryjnych — opisuje dr inż. Marcin Patecki z Zakładu Fizyki Jądrowej.

W Wielkim Zderzaczu Hadronów wiązki zderzane są czołowo, a zderzenia ze stacjonarną tarczą nie były dotychczas wykorzystywane ze względu na ograniczenia projektowe i technologiczne. Badania dr. Pateckiego mają na celu pokonanie tych ograniczeń i zaprojektowanie rozwiązania umożliwiającego bezpieczne wykorzystanie obu typów zderzeń w tym samym czasie.

Nasz badacz wykorzystał technologię opartą na zakrzywionych kryształach krzemu, których uporządkowana struktura wewnętrzna tworzy tory, wzdłuż których prowadzone są cząstki. — Dzięki temu kryształ o długości kilku milimetrów daje podobny efekt jak najsilniejsze magnesy nadprzewodzące o długości kilku metrów — podkreśla dr Patecki. 

Zderzenia z tarczą pozwolą rozszerzyć potencjał badawczy LHC i odpowiedzieć na ważne pytania dotyczące m.in. współczesnej fizyki cząstek, oddziaływań silnych i plazmy kwarkowo-gluonowej. Co więcej, rozwiązanie pozwala na zderzenia z tarczą równolegle do zderzeń czołowych w LHC i opiera się na przechwyceniu cząstek dotychczas bezpowrotnie traconych, pozwalając na istotne zwiększenie wydajności akceleratora.

Niezachwiana równowaga 

Typowa wiązka cząstek w LHC obdarzona jest ogromną energią, porównywalną z energią kinetyczną pociągu TGV, a utrata kontroli nad jej trajektorią mogłaby spowodować poważne uszkodzenie akceleratora. Jednym z głównych zadań dr. Pateckiego było wykazanie przy pomocy numerycznego modelu akceleratora, że szacowane straty wiązki nie przekroczą dopuszczalnych limitów, pozwalając na bezpieczne funkcjonowanie LHC. Dodatkowo układ eksperymentalny został zoptymalizowany na dostarczenie wystarczającej liczby cząstek do zderzeń z tarczą. Już niebawem metoda ta zostanie zweryfikowana przy pomocy stanowiska testowego stworzonego specjalnie do tego celu.

Więcej o swoich badaniach dr Patecki pisze na stronie fizykbiega.pl. 
 
Dr. inż. Marcin Patecki jest laureatem prestiżowego grantu Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowship, w ramach którego finansowany był projekt badawczy The ALICE fixed-target programme layout using bent crystals at the CERN Large Hadron Collider. Badania trwały dwa lata i odbywały się pod kierownictwem dr. hab. inż. Daniela Kikoły, prof. PW. Badania są kontynuowane przy wsparciu z projektu Sonata z Narodowego Centrum Nauki.