مسرع البروتونات الفائق

يُعدّ مسرع البروتونات الفائق ( SPS ) مسرع جسيمات من نوع السنكروترون في مركز سيرن . ويقع داخل نفق دائري يبلغ محيطه 6.9 كيلومتر ( 4 + 1/3 ميل ) ، ^{[ 1 ]} ويمتد على الحدود بين فرنسا وسويسرا بالقرب من جنيف ، سويسرا. ^{[ 2 ]} 

صُمم نظام SPS بواسطة فريق بقيادة جون آدامز ، المدير العام لما كان يُعرف آنذاك باسم المختبر الثاني. وقد تم تحديده في الأصل على أنهتم بناء مسرع SPS بقدرة 300 جيجا  إلكترون فولت ليكون قادراً علىبلغت طاقة التشغيل 400  جيجا إلكترون فولت ، وهي الطاقة التي حققها الجهاز في تاريخ بدء تشغيله الرسمي في 17 يونيو 1976. ومع ذلك، بحلول ذلك الوقت، تجاوزت طاقة فيرميلاب هذه الطاقة ، حيث وصلت إلى طاقة قدرها500  جيجا إلكترون فولت في 14 مايو من ذلك العام. ^{[ 3 ]}

تم استخدام SPS لتسريع البروتونات والبروتونات المضادة والإلكترونات والبوزيترونات (للاستخدام كحاقن لمصادم الإلكترون-بوزيترون الكبير ⁽ LEP) [ 4 ^{] )} والأيونات الثقيلة .

من عام 1981 إلى عام 1991، عمل مصادم البروتونات الفائق (SPS) كمصادم للهادرونات (وبشكل أدق، مصادم بروتون-مضاد بروتون) (ومن هنا جاء اسمه Sp p S) ، حيث وفرت حزماته البيانات اللازمة لتجربتي UA1 و UA2 ، اللتين أسفرتا عن اكتشاف بوزونات W وZ. وقد أدت هذه الاكتشافات، بالإضافة إلى تقنية جديدة لتبريد الجسيمات، إلى حصول كارلو روبيا وسيمون فان دير مير على جائزة نوبل عام 1984.

من عام 2006 إلى عام 2012، تم استخدام SPS بواسطة تجربة CNGS لإنتاج حزمة نيوترينو ليتم اكتشافها في مختبر غران ساسو في إيطاليا، على بعد 730 كم (450 ميل) من CERN. 

يُستخدم مُسرِّع البروتونات الفائق (SPS) كحاقن نهائي لحزم البروتونات عالية الكثافة لمصادم الهادرونات الكبير (LHC)، الذي بدأ تشغيله التجريبي في 10 سبتمبر 2008، حيث يقوم بتسريع البروتونات منمن 26 إلى 450  جيجا إلكترون فولت . ثم يقوم مصادم الهادرونات الكبير نفسه بتسريعها إلى عدة تيرا إلكترون فولت (TeV).

تتيح عملية التشغيل كحاقن استمرار برنامج البحث الجاري ذي الهدف الثابت ، حيث يوفر نظام SPSحزم بروتونات 400  جيجا إلكترون فولت لعدد من التجارب النشطة ذات الأهداف الثابتة، بما في ذلك COMPASS و NA61/SHINE و NA62 .

لقد كان ولا يزال يُستخدم مُسرِّع البروتونات الفائق (SPS) بمثابة منصة اختبار للمفاهيم الجديدة في فيزياء المُسرِّعات. في عام 1999، استُخدم كمرصد لظاهرة سحابة الإلكترونات . ^{[ 5 ]} وفي عامي 2002 و2004، أنتج مُسرِّع البروتونات الفائق نوى الذهب من أهداف الرصاص . ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} وفي عام 2003، كان مُسرِّع البروتونات الفائق أول جهاز تم فيه قياس حدود رنين هاميلتوني المُحرِّكة بشكل مباشر. ^{[ 9 ]} وفي عام 2004، أُجريت تجارب لإلغاء الآثار الضارة لتصادمات الحزم (مثل تلك الموجودة في مصادم الهادرونات الكبير LHC). ^{[ 10 ]}

تعمل تجاويف الترددات الراديوية SPS عند تردد مركزي قدره200.2 ميجاهرتز  .

تشمل الاكتشافات العلمية الرئيسية التي تم التوصل إليها من خلال التجارب التي أجريت في SPS ما يلي.

• 1983: اكتشاف بوزونات W و Z في تجارب UA1 و UA2 . ^{[ 11 ]} مُنحت جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1984 لكارلو روبيا وسيمون فان دير مير للتطورات التي أدت إلى هذا الاكتشاف.
• 1999: اكتشاف انتهاك التناظر CP المباشر بواسطة تجربة NA48 . ^{[ 12 ]}

سيحتاج مصادم الهادرونات الكبير إلى تحديث لزيادة إضاءته بشكل كبير خلال العقد الحالي. وهذا يتطلب تحديثات لسلسلة المعجل الخطي/الحاقن المسبق/الحاقن بأكملها، بما في ذلك نظام SPS.

وكجزء من ذلك، سيحتاج نظام SPS إلى القدرة على التعامل مع حزمة ذات كثافة أعلى بكثير. ومن التحسينات التي تم النظر فيها سابقًا زيادة طاقة الاستخراج إلى1  تيرا إلكترون فولت . ^{[ 13 ]} ومع ذلك، سيتم الحفاظ على طاقة الاستخراج عندسيتم رفع طاقة الحزمة إلى 450  جيجا إلكترون فولت، بينما يتم تحديث الأنظمة الأخرى. سيتم تعديل نظام التسريع ليتحمل الفولتية الأعلى اللازمة لتسريع حزمة ذات كثافة أعلى. كما سيتم تحديث نظام امتصاص الحزمة ليتمكن من استقبال حزمة ذات كثافة أعلى دون أن يتعرض لأضرار جسيمة. ^{[ 14 ]}

• الوسائط المتعلقة بمسرع البروتونات العملاق على ويكيميديا ​​كومنز
• سجل تجربة SPS على INSPIRE-HEP