Per la prima volta, l'esperimento LHCb al CERN ha raccolto dati contemporaneamente in modalità collider ea bersaglio fisso. Con questo, la corsa speciale di LHCb è ancora più speciale.

Le ultime due settimane sono state dedicate alle corse speciali del Large Hadron Collider (LHC), alla fine della corsa protonica di LHC 2017 e prima della chiusura invernale. Una corsa ha coinvolto collisioni di protoni a un'energia di 5,02 TeV, principalmente per impostare un riferimento da confrontare con i dati di collisione piombo-ione. Ciò che è stato eccezionale quest'anno è che una piccola quantità di gas neon è stata iniettata nel tubo del fascio vicino al punto di interazione dell'esperimento LHCb. Ciò ha permesso ai fisici di raccogliere protone-neon contemporaneamente ai dati di collisione protone-protone.

Quando i gas (nobili) vengono iniettati nel tubo del fascio per entrare in collisione con i protoni, l'esperimento LHCb è in modalità "bersaglio fisso", in contrasto con la modalità "collider" standard. Ma a differenza dei tradizionali esperimenti a bersaglio fisso, dove il fascio di particelle accelerate è diretto verso un bersaglio denso solido o liquido, qui i protoni di LHC si scontrano con una manciata di nuclei di neon iniettati vicino al punto di collisione e galleggiano nel tubo del fascio. Questi nuclei inquinano leggermente il vuoto quasi perfetto di LHC, ma le condizioni che creano - dove la pressione è dell'ordine di 10 ^-7 millibar – sono ancora considerati tipici degli ambienti a vuoto ultra spinto.

Ci sono due ragioni principali per raccogliere dati sulla collisione protone-gas all'LHC. Da una parte, questi dati aiutano a capire gli effetti nucleari (cioè a seconda del tipo di nuclei coinvolti nelle collisioni), che influenzano la produzione di tipi specifici di particelle (mesoni J/ψ e D0) la cui produzione soppressa è considerata il segno distintivo del plasma di quark e gluoni. Il plasma di quark-gluoni è lo stato in cui si trovava la materia che riempiva l'universo pochi milionesimi di secondo dopo il Big Bang, quando protoni e neutroni non si erano ancora formati, composti da quark che non si legano tra loro e quindi liberi di muoversi da soli.

D'altra parte, le interazioni protone-neon sono importanti anche per studiare i raggi cosmici - particelle altamente energetiche, principalmente protoni, provenienti dall'esterno del Sistema Solare – quando si scontrano con i nuclei nell'atmosfera terrestre. Il neon è uno dei componenti dell'atmosfera terrestre ed è molto simile in termini di dimensioni nucleari all'azoto e all'ossigeno molto più abbondanti.

Questa tecnica di iniezione di gas è stata originariamente progettata per misurare la luminosità dei raggi dell'acceleratore, ma il suo potenziale è stato rapidamente riconosciuto dai fisici di LHCb e ora viene utilizzato anche per misurazioni fisiche dedicate. Nel 2015 e nel 2016, l'esperimento LHCb ha già eseguito speciali protoni-elio, corse protone-neon e protone-argon. Ad ottobre di quest'anno, solo per otto ore, l'LHC ha accelerato e fatto scontrare nuclei di xeno, permettendo ai quattro grandi esperimenti di LHC di registrare per la prima volta le collisioni xeno-xeno.

Questa recente corsa protone-neon di 11 giorni consentirà ai fisici di raccogliere un set di dati 100 volte più grande di tutti i dati di collisione protone-neon raccolti fino ad ora all'LHC, ei primi risultati delle analisi sono previsti per il prossimo anno.