Il Centro di Controllo del CERN è tornato in modalità di lavoro a turni, con pareti di schermi che mostrano lo stato delle travi, e caffè che scorre liberamente giorno e notte. Di venerdì, 3 luglio, il team di coordinamento acceleratore Long Shutdown 2 ha consegnato la chiave del PS Booster agli operatori dell'acceleratore. Linac 4 e PS Booster diventano così i primi due acceleratori ad essere rimessi in servizio, 18 mesi dopo l'inizio di LS2.

Però, la rimessa in servizio sarà molto più complessa del semplice girare una chiave. Quando gli operatori hanno consegnato il Booster ai team LS2, guidavano un modello costruito nel secolo scorso, e ora si trovano al volante di una supercar completamente trasformata. Sono stati eseguiti lavori sul motore (alimentatore e convertitori di potenza), l'acceleratore (le cavità a radiofrequenza), lo sterzo (i magneti), l'iniezione, il circuito di raffreddamento, i sistemi di controllo e sicurezza... infatti, tutta una serie di componenti è stata sostituita o aggiornata (vedi sotto). "Circa il 40% della macchina è stata sostituita, "dice David Hay, il "capo meccanico", o ingegnere addetto al coordinamento delle attività di LS2 presso il PS Booster.

Gli obiettivi del lavoro su questo acceleratore di quasi 50 anni, facente parte del progetto LHC Injector Upgrade (LIU), erano duplici:accelerare le particelle che arrivano a energie più elevate dal nuovissimo Linac 4 e aumentare la luminosità di, o la concentrazione di particelle in, il raggio.

Linac 4, il nuovo primo anello della catena, accelera gli ioni idrogeno negativi (protoni circondati da due elettroni) fino a un'energia di 160 MeV (rispetto ai 50 MeV precedenti per i protoni di Linac 2). La maggiore energia e il nuovo sistema di iniezione, che converte gli ioni H- in protoni, aumentare la luminosità di un fattore due. Ciò significa che un raggio con le stesse dimensioni conterrà il doppio delle particelle. Per preservare questa luminosità nel PS, il prossimo acceleratore della catena, il Booster aumenterà l'energia fino a 2 GeV (rispetto a 1.4 GeV in precedenza), grazie al suo nuovissimo sistema di accelerazione. L'effetto di repulsione elettrica tra particelle della stessa carica (repulsione di Coulomb) diminuisce all'aumentare dell'energia. Per dirla in un altro modo, una maggiore energia aiuta a mantenere le particelle ravvicinate e quindi contribuisce a mantenere la brillantezza. E con più luminosità, arriva più luminosità. "Il Booster è la chiave per aumentare la luminosità dell'LHC, " spiega Gian Piero Di Giovanni, capo progetto per LIU al PS Booster, "perché determina efficacemente la luminosità del raggio". La nuova modalità di iniezione con ioni H e un'energia più elevata ridurrà notevolmente anche il tasso di perdita di particelle. "Perderemo solo dall'1 al 2% all'iniezione, rispetto a oltre il 30% con il vecchio sistema, "dice Di Giovanni.

Il lavoro al Booster ha richiesto 20 mesi fuori terra e 18 mesi sotto terra. Nonostante la vasta portata dei lavori di ristrutturazione e le difficoltà incontrate con alcuni aspetti del lavoro di ingegneria civile e del sistema di raffreddamento per le cavità RF, per non parlare del lockdown, che ha bloccato le attività per due mesi, il progetto è stato completato in tempo. Questo risultato è dovuto all'impegno dei team e al coordinamento meticoloso e proattivo.

La messa in servizio di alcuni dei nuovi sistemi è iniziata diverse settimane fa. Gli operatori si stanno ora occupando di nuovi, software di controllo all'avanguardia. "Abbiamo trascorso gli ultimi due anni a sviluppare l'integrazione di questi nuovi sistemi, " sottolinea Bettina Mikulec, che sovrintende al funzionamento del Booster e del Linac 4. "Ora dobbiamo implementare e testare tutti i sottosistemi dal Centro di controllo e farli funzionare in armonia". Questo complesso processo di messa in servizio richiederà diversi mesi, inizialmente senza alcun raggio. Considerando che Linac 4 riprenderà i test con trave questa estate, le prime particelle dovrebbero circolare nel PS Booster proprio alla fine dell'anno.

La metamorfosi del Booster

• Alimentazione:un nuovo sistema di alimentazione, simile a quello installato per il PS (POPS), basato su convertitori di potenza e condensatori e noto come POPS-B, è stato installato in un nuovo edificio fuori terra. I convertitori di potenza forniranno ai magneti intensità elettriche di 5500 ampere, rispetto ai 4000 ampere precedenti. Oltre il 95% dei convertitori di potenza del Booster sono stati sostituiti da Long Shutdown 1. Circa 318 nuovi convertitori, che vanno da 1 kW a diversi MW, fornire tutti i componenti dell'acceleratore.
• Raffreddamento:Il Booster ha un nuovo sistema di raffreddamento, con torri di raffreddamento in due edifici ristrutturati.
• Iniezione ed espulsione:per far fronte all'aumento di energia e all'uso di ioni idrogeno negativi all'iniezione, le linee di trasferimento dal Linac 4 al Booster e dal Booster al PS sono state tutte sostituite. Ciò include nuovi magneti (kicker, setti, dipoli, quadrupoli e correttori), nuova strumentazione e nuovi scarichi di travi. Poiché comprende quattro anelli sovrapposti, il Booster richiede un sistema di distribuzione delle particelle particolarmente sofisticato.
• Accelerazione:il nuovo sistema di accelerazione è composto da tre strutture, ciascuna ospita otto cavità costruite utilizzando un materiale magnetico noto come FineMet.
• Magneti:nelle linee di trasferimento e nell'anello Booster stesso, sono stati sostituiti o rinnovati circa 60 magneti.
• Sicurezza e strumentazione:tutta una serie di nuovi sensori, monitor di posizione del raggio, monitor di perdita del raggio, scanner a filo, ecc. sono stati installati per monitorare e misurare i fasci di particelle. All'anello sono stati aggiunti dispositivi per fermare il raggio o le particelle che si allontanano dalla traiettoria. Tra questi, un sistema di collimazione noto come "assorbitore/raschiatore", è l'ultimo dispositivo da installare nel Booster. Il ruolo di questi dispositivi è ancora più cruciale ora che il raggio è più denso.