Prótons podem ser o pão com manteiga do Grande Colisor de Hádrons, mas isso não significa que não possa desejar sabores mais exóticos de vez em quando. Na quarta-feira, 25 de julho, pela primeira vez, operadores injetaram não apenas núcleos atômicos, mas "átomos" de chumbo contendo um único elétron no LHC. Este foi um dos primeiros testes de prova de princípio para uma nova ideia chamada Gamma Factory, parte do projeto Physics Beyond Colliders do CERN.

"Estamos investigando novas ideias de como poderíamos ampliar o atual programa de pesquisa e infraestrutura do CERN, "diz Michaela Schaumann, um engenheiro responsável pelo LHC. "Descobrir o que é possível é o primeiro passo."

Durante a operação normal, o LHC produz um fluxo constante de colisões próton-próton, em seguida, esmaga núcleos atômicos por cerca de quatro semanas, pouco antes do desligamento anual de inverno. Mas por alguns dias por ano, os físicos do acelerador tentam algo completamente novo durante os períodos de desenvolvimento da máquina. Anteriormente, eles aceleraram núcleos de xenônio no LHC e testaram outros tipos de íons de chumbo parcialmente removidos no acelerador SPS.

"Esta execução especial do LHC foi realmente a última etapa de uma série de testes, "diz o físico Witold Krasny, que está coordenando um grupo de estudo de cerca de 50 cientistas para desenvolver novas maneiras de produzir raios gama de alta energia.

Acelerar núcleos líderes com um elétron remanescente pode ser um desafio devido à delicadeza desses átomos. "É muito fácil remover acidentalmente o elétron, "explica Schaumann." Quando isso acontecer, o núcleo colide com a parede do tubo de feixe porque sua carga não está mais sincronizada com o campo magnético do LHC. "

Durante a primeira corrida, os operadores injetaram 24 grupos de "átomos" e alcançaram um feixe estável de baixa energia dentro do LHC por cerca de uma hora. Eles então aumentaram o LHC até sua potência total e mantiveram o feixe por cerca de dois minutos antes de ser ejetado no despejo de feixe. "Se muitas partículas saem do curso, o LHC descarrega automaticamente o feixe, "afirma Schaumann." Nossa principal prioridade é proteger o LHC e seus ímãs. "

Depois de executar os ímãs durante o ciclo de reinicialização, Schaumann e seus colegas tentaram novamente, desta vez com apenas seis cachos. Eles mantiveram o feixe circulando por duas horas antes de despejá-lo intencionalmente.

"Previmos que a vida útil desse tipo especial de feixe dentro do LHC seria de pelo menos 15 horas, "diz Krasny." Ficamos surpresos ao saber que a vida pode durar cerca de 40 horas. Agora, a questão é se podemos preservar a mesma vida útil do feixe em uma intensidade mais alta, otimizando as configurações do colimador, que ainda estavam preparados para prótons durante esta execução especial. "

Os físicos estão fazendo esses testes para ver se o LHC poderia um dia funcionar como uma fábrica de raios gama. Neste cenário, os cientistas atirariam nos "átomos" circulantes com um laser, fazendo com que o elétron salte para um nível de energia mais alto. À medida que o elétron cai de volta, ele cospe uma partícula de luz. Em circunstâncias normais, esta partícula de luz não seria muito energética, mas porque o "átomo" já está se movendo próximo à velocidade da luz, a energia do fóton emitido é aumentada e seu comprimento de onda é comprimido (devido ao efeito Doppler).

Esses raios gama teriam energia suficiente para produzir partículas normais de "matéria", como quarks, elétrons e até múons. Porque matéria e energia são os dois lados da mesma moeda, esses raios gama de alta energia se transformariam em partículas massivas e poderiam até mesmo se transformar em novos tipos de matéria, como a matéria escura. Eles também podem ser a fonte de novos tipos de feixes de partículas, como um feixe de múon.

Mesmo que ainda esteja muito longe, os testes desta semana foram um primeiro passo importante para ver o que é possível.