Jaime Coello ha defendido su tesis sobre correcciones ópticas locales en el Gran Colisionador de Hadrones

La tesis de Jaime Coello titulada “Local Optics Corrections in the HL-LHC” contribuye a la investigación en curso sobre la mejora del rendimiento de los colisionadores de partículas, existentes y futuros. Los experimentos de partículas de alta energía actuales y previstos requieren tamaño de haz en la región de interacción cada vez más pequeño que, según las leyes de dinámica de haz, implican que el acelerador tiene que acomodar un haz de tamaños más grandes en las regiones circundantes. Esto, a su vez, conduce a una mayor influencia de los errores magnéticos en imanes curvadores e imanes focalizadores que se tiene que reducir. La tesis presenta un estudio sobre las consecuencias de estos errores magnéticos y de varias técnicas de mitigación para corregir su influencia.

Una de las contribuciones importantes de la tesis es el desarrollo de un nuevo algoritmo para realizar simulaciones de Monte-Carlo de los errores magnéticos y llevar a cabo sus correcciones locales automáticas. Se ha aplicado en el estudio de un triplete de imanes cuadrupolares focalizadores del proyecto de incremento de la luminosidad del Large Hadron Collider del CERN (High Luminosity LHC, HL-LHC) y se utilizará en la puesta en marcha de la máquina.

Otros resultados de gran interés de la tesis son las nuevas técnicas de medida de alta precisión de la función β que determina las propiedades del haz a lo largo del anillo del colisionador. En los últimos años ha quedado claro que la baja precisión de los datos de la función β en la región de interacción es el principal factor limitante para controlar el tamaño del haz. Una de las técnicas propuestas es el cálculo del mínimo de la función cerca del punto de colisión de los haces utilizando datos de medida de fase de oscilaciones betatrónicas. La otra es la localización del punto de cintura del haz (beam waist) utilizando escaneos de luminosidad. En la tesis se presenta tanto un marco teórico de estas técnicas como su validación experimental en el LHC. Estos son los primeros resultados para mejorar considerablemente los métodos de este tipo ya existentes para futuros colisionadores.

Una investigación importante llevada a cabo en la tesis es un estudio del efecto de salto de flujo en los imanes superconductores sobre parámetros del haz, en particular sobre su emitancia. Los saltos de flujo son inestabilidades que se producen en los imanes superconductores mientras se cambia su campo magnético y pueden ser un problema en el HL-LHC, donde se instalarán nuevos imanes de campo de 11 Tesla utilizando la tecnología superconductora Nb₃Sn, o en el futuro colisionador circular de hadrones (FCC-hh) donde se utilizará una tecnología similar. Los resultados obtenidos en la tesis se utilizarán en el diseño y la puesta en marcha de estas máquinas.

Finalmente, es importante mencionar una serie de mejoras del software utilizado en la física de aceleradores y el diseño que se desarrollaron durante el trabajo de investigación de la tesis. Estos incluyen, entre otros, un proceso completo de refacción de herramientas de programación obsoletas, una interfaz gráfica de usuario para gestionar el algoritmo de corrección local automático y un nuevo marco de análisis armónico diseñado para reemplazar las herramientas más antiguas.