Preinyector LEP

El preinyector del LEP (LPI) fue la fuente inicial que proporcionó electrones y positrones al complejo acelerador del CERN para el Gran Colisionador de Electrones y Positrones (LEP) desde 1989 hasta 2000.

El LPI estaba compuesto por el acelerador lineal inyector LEP (LIL) y el acumulador de electrones y positrones (EPA) .

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  Linac inyector LEP
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  LIL-W con convertidor electrón-positrón
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  Acumulador de electrones y positrones

Tras la colocación de la primera piedra del colisionador LEP en septiembre de 1983, el diseño de su sistema de inyección, el preinyector LEP (LPI), se finalizó en 1984. La construcción se planificó y ejecutó en estrecha colaboración con el Laboratoire de l'accélérateur linéaire (LAL) en Orsay, Francia. Dado que no existían aceleradores de electrones/positrones en el CERN con anterioridad, el LAL constituyó una valiosa fuente de conocimientos y experiencia en este ámbito. ^{[ 1 ]}

El primer haz de electrones con una energía de 80 keV se produjo el 23 de mayo de 1985. ^{[ 2 ]} LIL inyectó electrones con una energía de 500 MeV en EPA a partir de julio de 1986, y poco después EPA alcanzó su intensidad de diseño. Lo mismo se logró para los positrones en abril de 1987, ^{[ 1 ]} por lo que el complejo LPI estuvo completamente operativo en 1987. ^{[ 3 ]} Durante los dos años siguientes, el sistema acelerador se puso en marcha, haciendo pasar los haces de electrones y positrones a través de LIL, EPA, el Sincrotrón de Protones (PS), el Super Sincrotrón de Protones (SPS), hasta llegar finalmente a LEP. La primera inyección en el anillo de LEP se logró el 14 de julio de 1989, un día antes de lo previsto. Las primeras colisiones se realizaron el 13 de agosto y la primera ejecución de física, que permitió a los experimentos de LEP tomar datos, tuvo lugar el 20 de septiembre. ^{[ 4 ]}

LPI sirvió como fuente de electrones y positrones para LEP desde 1989 hasta el 7 de noviembre de 2000, cuando se entregaron los últimos haces a LEP. No obstante, la fuente continuó operando para otros experimentos hasta abril de 2001 (véase la sección siguiente). ^{[ 5 ]} Después de esto, se inició el trabajo para convertir las instalaciones de LPI para su uso en la Instalación de Pruebas CLIC 3 (CTF3), que llevó a cabo investigación y desarrollo preliminares para el futuro Colisionador Lineal Compacto (CLIC). La conversión se realizó por etapas, comenzando la primera etapa (denominada fase preliminar) con la puesta en marcha del acelerador en septiembre de 2001. ^{[ 6 ]} A finales de 2016, CTF3 cesó su funcionamiento. A partir de 2017, se transformó en el Acelerador Lineal de Electrones para Investigación del CERN (CLEAR). ^{[ 7 ]}

El LPI estaba compuesto por el acelerador lineal inyector LEP (LIL) , que tenía dos partes ( LIL V y LIL W ), así como por el acumulador de electrones y positrones (EPA) .

LIL constaba de dos aceleradores lineales en tándem, con una longitud total de aproximadamente 100 metros. En primer lugar, al inicio de LIL V, se creaban electrones con una energía de 80 keV mediante un cañón termoiónico . ^{[ 8 ]} Posteriormente, LIL V aceleraba los electrones con altas corrientes hasta una energía de alrededor de 200 MeV. Estos se aceleraban aún más o se utilizaban para crear positrones, sus antipartículas . Al comienzo de LIL W, que seguía directamente a LIL V, los electrones se disparaban hacia un blanco de tungsteno , donde se producían los positrones. En LIL W, tanto los electrones como los positrones podían acelerarse hasta 500 MeV con corrientes más bajas que en LIL V. En los informes iniciales, LIL se diseñó para alcanzar energías de haz de 600 MeV. Sin embargo, durante los primeros meses de funcionamiento, quedó claro que una energía de salida de 500 MeV permitía un funcionamiento más fiable de la máquina. ^{[ 8 ]}

LIL consistía en los llamados aceleradores lineales de banda S. Estos aceleradores lineales utilizaban un klistrón pulsado de 35 MW que impulsaba cavidades de microondas a una frecuencia de 3 GHz, las cuales aceleraban los electrones y positrones. ^{[ 8 ]} 

Tras pasar por LIL, las partículas se inyectaron en EPA, con los electrones girando en sentido horario y los positrones en sentido antihorario. Allí, ambos tipos de partículas se acumularon para lograr intensidades de haz suficientes y para igualar la salida de alta frecuencia de LIL (100  Hz) con la frecuencia a la que operaba el PS (aproximadamente 0,8  Hz). Tras pasar por EPA, las partículas se enviaron al PS y al SPS para su posterior aceleración, antes de llegar a su destino final, LEP. ^{[ 9 ]} EPA tenía una circunferencia de 125,7 m, que correspondía exactamente a una quinta parte de la circunferencia del PS. ^{[ 10 ]}

El LPI no solo proporcionó electrones y positrones al LEP, sino que también alimentó diferentes experimentos e instalaciones de prueba ubicadas directamente en la infraestructura del LPI.

El primero de estos fue el experimento de Electrones Individuales del Hipódromo (HSE) . La inusual solicitud de electrones individuales fue realizada en marzo de 1988 por la colaboración L3 . A finales de 1988, el sistema estaba en funcionamiento, lo que permitió una calibración precisa del detector L3 , que se instalaría en el LEP poco después. ^{[ 11 ]}

Las partículas que no se desviaban hacia el EPA al provenir del LIL, se dirigían directamente a una "línea de descarga". Allí, en el centro del anillo del EPA, se instaló el Área Experimental del LIL (LEA) . Los electrones que llegaban allí se utilizaban para diversas aplicaciones durante el funcionamiento del LIL, probando y preparando los detectores del LEP y, posteriormente, del LHC . El ejemplo más conocido es que las fibras ópticas de uno de los calorímetros del CMS se probaron allí en 2001 durante la preparación del LHC. ^{[ 5 ]}

Además, las dos instalaciones de luz sincrotrón SLF 92 y SLF 42 utilizaron la radiación sincrotrón emitida por los electrones que orbitaban alrededor del EPA. Hasta principios de 2001, los efectos de la radiación sincrotrón en las cámaras de vacío del LHC se estudiaron en SLF 92 con el experimento COLDEX. ^{[ 12 ]} SLF 42 se utilizó para la investigación de tiras de getter , que se estaban preparando para su uso en las cámaras de vacío del LHC. ^{[ 5 ]}

El éxito final del LPI fue el experimento PARRNe : Los electrones proporcionados por los rayos gamma generados por el LPI se utilizaron para crear átomos radiactivos de kriptón y xenón ricos en neutrones. ^{[ 13 ] [ 5 ]}