近日，大型强子对撞机(LHC)迎来重大进展，该加速器成功首次实现了质子与氧离子的碰撞。6月29日至7月9日，LHC切换至特殊运行模式，将依次开展质子 - 氧离子碰撞、氧 - 氧碰撞以及氖 - 氖碰撞，其中后两项实验均为首次尝试，期间还会安排数天用于机器设置和调试。

在LHC隧道内。(图片：CERN)

此次特殊运行模式将覆盖广泛的研究领域，从宇宙射线研究到强力和夸克胶子等离子体研究等。LHC实验团队期待借此收获大量新数据，为相关领域研究提供有力支持。

这一系列实验不仅标志着充满活力的研究行动开启，也意味着一个漫长而细致的准备进程画上句号。该进程于4月中旬在加速器综合体中正式启动，而初步可行性研究早在2019年就已开展。在准备过程中，每台机器都需经过特殊配置，以适应氧离子和氖离子的使用。这些离子先在Linac3中产生，随后被依次注入低能离子环(LEIR)、质子同步加速器(PS)、超级质子同步加速器(SPS)(SPS还会向北区的固定目标实验发射氧束)，最终进入大型强子对撞机(LHC)。

LHC离子专家罗德里克·布鲁斯指出：“目前的运行模式，即质子束与氧离子束碰撞，是最具挑战性的。这是因为加速器内部的电磁场对质子和氧离子的影响不同，二者荷质比存在差异。若不进行校正，两束粒子束每次旋转时会在不同位置碰撞。”为解决这一问题，工程师们正仔细调整旋转频率和每束粒子束的动量，确保碰撞发生在LHC四个主要实验的核心位置，即ALICE、ATLAS、CMS和LHCb。

除了上述四个主要实验，还有其他实验参与此次特殊行动。上周，LHCf实验(利用碰撞产生的小角度粒子研究宇宙射线)在LHC光束线上安装了一个探测器，该探测器距离ATLAS实验的碰撞点140米，将用于质子 - 氧气碰撞实验。后续，该探测器将被移除，并由量热仪取代，量热仪将在氧气 - 氧气和氖 - 氖碰撞期间提供更多数据。

此外，此次活动也为继续测试晶体准直技术提供了契机。这是对LHC准直系统的关键升级，旨在缓解离子束晕(偏离离子束轨道的粒子晕)问题。由于LHC传统准直系统对离子束的效率较低，因此将在氧 - 氧和氖 - 氖运行开始前插入一些晶体准直器进行测试。