El preinyector 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.
LPI comprendía el inyector LEP Linac (LIL) y el acumulador de electrones y positrones (EPA) .
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Después de que se pusiera 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 e implementó en estrecha colaboración con el Laboratoire de l'accélérateur linéaire (LAL) en Orsay, Francia. Dado que hasta entonces no había aceleradores de electrones y positrones en el CERN, el LAL fue una valiosa fuente de conocimientos y experiencia en este sentido. [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 con 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 de aceleración se puso en funcionamiento, enhebrando los haces de electrones y positrones a través de LIL, EPA, el Sincrotrón de Protones (PS), el Sincrotrón de Superprotones (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 programado originalmente. Las primeras colisiones se realizaron el 13 de agosto y la primera ejecución de física, que permitió que los experimentos de LEP tomaran datos, tuvo lugar el 20 de septiembre. [4]
El LPI sirvió como fuente de electrones y positrones para el LEP desde 1989 hasta el 7 de noviembre de 2000, cuando se enviaron los últimos haces al LEP. Sin embargo, la fuente continuó funcionando para otros experimentos hasta abril de 2001 (véase la sección siguiente). [5] Después de esto, comenzaron los trabajos para convertir las instalaciones del LPI en instalaciones de prueba CLIC 3 (CTF3), que llevaron a cabo la investigación y el desarrollo preliminares para el futuro Colisionador Lineal Compacto (CLIC). La conversión se realizó en etapas, y la primera etapa (la llamada fase preliminar) comenzó a funcionar en septiembre de 2001. [6] A fines de 2016, el CTF3 dejó de funcionar. A partir de 2017, se transformó en el Acelerador Lineal de Electrones para Investigación del CERN (CLEAR). [7]
El LPI comprendía el inyector LEP Linac (LIL) , que tenía dos partes ( LIL V y LIL W ), así como el acumulador de electrones y positrones (EPA) .
El LIL estaba formado por dos aceleradores lineales en tándem, con una longitud total de aproximadamente 100 metros. En primer lugar, en el punto de partida del LIL V, se crearon electrones con una energía de 80 keV mediante un cañón termoiónico . [8] A continuación, el LIL V aceleró los electrones a altas corrientes hasta una energía de unos 200 MeV. Estos se aceleraron aún más o se utilizaron para crear positrones, sus antipartículas . Al principio del LIL W, que siguió directamente al LIL V, los electrones se dispararon sobre un objetivo de tungsteno , donde se produjeron los positrones. En el LIL W, tanto los electrones como los positrones podían acelerarse hasta 500 MeV con corrientes más bajas que en el LIL V. En los informes iniciales, el LIL estaba diseñado 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]
El LIL estaba formado por los denominados 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, lo que aceleraba los electrones y positrones. [8]
Después de pasar por el LIL, las partículas se inyectaron en el EPA, los electrones girando en el sentido de las agujas del reloj y los positrones en el sentido contrario. Allí, ambos tipos de partículas se acumularon para lograr intensidades de haz suficientes y para hacer coincidir la salida de alta frecuencia del LIL (100 Hz) con la frecuencia a la que operaba el PS (aproximadamente 0,8 Hz). Después de pasar por el EPA, las partículas se enviaron al PS y al SPS para una mayor aceleración, antes de que alcanzaran su destino final, el LEP. [9] El EPA tenía una circunferencia de 125,7 m, que correspondía exactamente a una quinta parte de la circunferencia del PS. [10]
LPI no sólo proporcionó electrones y positrones a LEP, sino que también alimentó diferentes experimentos e instalaciones de prueba ubicadas directamente en la infraestructura de LPI.
El primero de ellos fue el experimento Hippodrome Single Electron (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 LEP poco después. [11]
Las partículas que no eran desviadas hacia el EPA cuando provenían del LIL, eran dirigidas directamente hacia una "línea de descarga". Allí, en medio del anillo del EPA, se instaló el Área Experimental del LIL (LEA) . Los electrones que llegaban allí se utilizaban para muchas aplicaciones diferentes a lo largo de la operación del LIL, probando y preparando los detectores del LEP y, posteriormente, del LHC . La más famosa es la prueba de las fibras ópticas de uno de los calorímetros del CMS , que se realizó aquí en 2001 durante el tiempo de preparación del LHC. [5]
Además, las dos instalaciones de luz de sincrotrón SLF 92 y SLF 42 utilizaban la radiación de sincrotrón emitida por los electrones que giraban alrededor de la EPA. Hasta principios de 2001, los efectos de la radiación de sincrotrón en las cámaras de vacío del LHC se estudiaban en SLF 92 con el experimento COLDEX. [12] SLF 42 se utilizaba para la investigación de las tiras de captador , que se estaban preparando para ser utilizadas 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 , que se utilizaron para crear átomos radiactivos de criptón y xenón ricos en neutrones. [13] [5]
