p O CERN testou com sucesso "cavidades de caranguejo" para girar um feixe de prótons - uma inovação mundial. O teste ocorreu em 23 de maio usando um feixe do acelerador Super Proton Synchrotron (SPS) do CERN e mostrou que grupos de prótons poderiam ser inclinados usando essas cavidades de radiofrequência transversais supercondutoras. Essas cavidades são um componente chave do Grande Colisor de Hádrons de Alta Luminosidade (HL-LHC), a futura atualização do LHC. p O HL-LHC, que será comissionado após 2025, aumentará a luminosidade do LHC por um fator de cinco a dez. A luminosidade é um indicador crucial do desempenho de um colisor:dá o número de colisões potenciais por unidade de superfície durante um determinado período de tempo. Em outras palavras, quanto maior a luminosidade, quanto maior o número de colisões e mais dados os experimentos podem reunir. Isso permitirá que os pesquisadores observem processos raros que ocorrem além do nível de sensibilidade atual do LHC. Os físicos também poderão realizar estudos precisos das novas partículas observadas no LHC, como o bóson de Higgs. As cavidades de caranguejo recém-desenvolvidas terão um papel importante no aumento da luminosidade.

p No LHC, os dois feixes em contra-rotação não são um fluxo contínuo de partículas, mas são constituídos por "feixes" de prótons de alguns centímetros de comprimento, cada um contendo bilhões de prótons. Esses cachos se encontram em um pequeno ângulo em cada ponto de colisão dos experimentos. Quando instalado em cada lado dos experimentos ATLAS e CMS, as cavidades do caranguejo irão "inclinar" grupos de prótons em cada feixe para maximizar sua sobreposição no ponto de colisão. Desta forma, cada próton no grupo será forçado a passar por todo o comprimento do grupo oposto, aumentando a probabilidade de colisões e, portanto, mais luminosidade. Depois de ser inclinado, o movimento dos feixes de prótons parece ser lateral - exatamente como um caranguejo. Cavidades de caranguejo já foram usadas no colisor KEKB no Japão para elétrons e pósitrons, mas nunca com prótons, que são mais massivos e com energias significativamente mais altas. "Espera-se que as cavidades dos caranguejos aumentem a luminosidade geral em 15 a 20%, "explica Rama Calaga, líder do projeto de cavidade de caranguejo.

p Os dois primeiros protótipos de cavidade de caranguejo foram fabricados no CERN em 2017 em colaboração com a Lancaster University e o Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia (STFC) no Reino Unido, bem como o U.S. LHC Accelerator Research Program (USLARP). As cavidades foram montadas em um criostato e testadas no CERN. Eles são feitos de material supercondutor de nióbio de alta pureza, operando a 2 kelvins (-271 ° C), a fim de gerar uma tensão transversal muito alta de 3-4 milhões de volts. As cavidades foram instaladas no acelerador SPS durante a última parada técnica de inverno para passar por testes de validação com feixes de prótons.

p Os primeiros testes de feixe em 23 de maio duraram mais de 5 horas a uma temperatura de 4,2 K com um único feixe de prótons acelerado para 26 GeV e contendo entre 20 e 80 bilhões de prótons, quase a intensidade dos cachos do LHC. As cavidades dos caranguejos foram alimentadas com cerca de 10% de sua voltagem nominal. O "caranguejo" foi observado por meio de um monitor especial para observar a inclinação ao longo do comprimento do cacho. "Esses testes marcam o início de uma instalação única para testar cavidades supercondutoras em alta corrente, feixe de prótons de alta energia, "explica Lucio Rossi, líder do projeto HL-LHC. "Os resultados são impressionantes e cruciais para comprovar a viabilidade do uso de tais cavidades para aumentar a luminosidade no LHC."

p Nos próximos meses, as cavidades serão comissionadas com sua tensão nominal de 3,4 milhões de volts e passarão por uma série de testes para validar totalmente sua operação para a era HL-LHC. Um total de 16 dessas cavidades serão instaladas no HL-LHC - oito perto do ATLAS e oito perto do CMS.