Noise effects in the large hadron collider (LHC) and its high-luminosity upgrade (HL-LHC)

Abstract

Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων ολοκλήρωσε με επιτυχία το δεύτερο κύκλο λειτουργίας του έπειτα από τρία χρόνια πειραμάτων (2015-2018), επιτυγχάνοντας πρωτοφανείς τιμές ολοκληρωμένης φωτεινότητας και ενέργειας κέντρου μάζας. Για τα επόμενα δύο χρόνια προβλέπονται εκτεταμένες τροποποιήσεις με σκοπό την προετοιμασία του επιταχυντή για τη μελλοντική του αναβάθμιση σε επιταχυντή Υψηλής Φωτεινότητας. Η βελτιστοποίηση της απόδοσης του επιταχυντή απαιτεί, παράλληλα, την κατανόηση όλων των μηχανισμών που μπορούν να συντελέσουν στη μείωση ή υποβάθμιση της τιμής της φωτεινότητας. Ένας μηχανισμός που μπορεί να επηρεάσει την εγκάρσια κίνηση των σωματιδίων της δέσμης πρωτονίων, οδηγώντας σε χαοτικές τροχιές και κατ' επέκταση σε απώλειες πρωτονίων, είναι τα φαινόμενα θορύβου στη δυναμική των φορτισμένων σωματιδίων. Ανάμεσα στις πολλαπλές πηγές θορύβου που υπάρχουν σε έναν επιταχυντή, η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στις επιπτώσεις αρμονικών διαταραχών στην τάση των πηγών τροφοδοσίας των μαγνητικών διπόλων και τετραπόλων, ένα φαινόμενο που οδηγεί σε διαμόρφωση συχνότητας του μαγνητικού πεδίου. Ανάλογα με τις συχνότητες και το πλάτος των φασματικών συνιστωσών του θορύβου, που εξαρτώνται από το είδος του μαγνήτη και τον τύπο της πηγής τροφοδοσίας, οι επιπτώσεις στην εγκάρσια κίνηση των σωματιδίων της δέσμης ποικίλουν. Ο θόρυβος από τις πηγές τροφοδοσίας, σε συνδυασμό με τα μη-γραμμικά μαγνητικά πεδία του επιταχυντή, που είτε είναι απαραίτητα για τον έλεγχο της χρωματικότητας και την απόσβεση της συλλογικής κίνησης των σωματιδίων είτε απορρέουν από τη σύγκρουση των δύο δεσμών, μπορεί να αυξήσει τη διάχυση της κατανομής των σωματιδίων, μέσω της εμφάνισης και διέγερσης των επιπλέον συχνοτήτων συντονισμού πέρα από τις προβλεπόμενες λόγω της μη-γραμμικότητας των επί μέρους μαγνητικών πεδίων. Η ύπαρξη ενός τέτοιου φαινομένου είναι ιδιαιτέρως κρίσιμη για τη διατήρηση του συνολικού χρόνου ζωής της δέσμης. Η παρούσα έρευνα παρουσιάζει τη μελέτη αυτών των φαινομένων πρώτα στα δίπολα, ένα φαινόμενα που έχει παρατηρηθεί στον επιταχυντή, και στη συνέχεια στα τετράπολα, ένα είδος θορύβου που είναι ιδιαίτερα κρίσιμο για τον επιταχυντή Υψηλής Φωτεινότητας.