Jaime Coello ha defensat la seva tesi sobre correccions òptiques locals en el Gran Col·lisionador d'Hadrons

La tesi de Jaime Coello titulada “Local Optics Corrections in the HL-LHC” contribueix a la recerca en curs sobre la millora del rendiment dels col·lisionadors de partícules existents i futurs. Els experiments de partícules d'alta energia actuals i previstos requereixen mides de feix a la regió d'interacció cada vegada més petites que, segons les lleis de dinàmica de feix, impliquen que l'accelerador ha d'acomodar un feix de mides més grans a les regions circumdants. Això, al seu torn, condueix a una major influència dels errors magnètics en imants corbadors i imants focalitzadors que s’ha de reduir. La tesi presenta un estudi sobre les conseqüències d'aquests errors magnètics i de diverses tècniques de mitigació per corregir la seva influència.

Una de les contribucions importants de la tesi és el desenvolupament d'un nou algorisme per realitzar simulacions de Monte-Carlo dels errors magnètics i dur a terme les seves correccions locals automàtiques. S'ha aplicat en l'estudi d'un triplet de quadrupols focalitzadors del projecte d’increment de la lluminositat del Large Hadron Collider del CERN (High Luminosity LHC, HL-LHC) i s'utilitzarà en la posada en marxa de la màquina.

Altres resultats de gran interès de la tesi són les noves tècniques de mesura d'alta precisió de la funció β que determina les propietats del feix al llarg de l'anell del col·lisionador. En els últims anys ha quedat clar que la baixa precisió de les dades de la funció β a la regió d'interacció és el principal factor limitant per controlar la mida del feix. Una de les tècniques proposades és el càlcul del mínim de la funció prop del punt de col·lisió dels feixos utilitzant dades de mesura de fase d’oscil·lacions betatròniques. L'altra és la localització del punt de cintura de feix (beam waist) utilitzant escaneigs de lluminositat. En la tesi es presenta tant un marc teòric d'aquestes tècniques com la seva validació experimental en el LHC. Aquests són els primers resultats per a millorar considerablement els mètodes d'aquest tipus ja existents per a futurs col·lisionadors.

Una investigació important duta a terme en la tesi és un estudi de l'efecte del salt de flux en els imants superconductors sobre paràmetres del feix, en particular sobre la seva emitància. Els salts de flux són inestabilitats que es produeixen als imants superconductors mentre es canvia el seu camp magnètic i poden ser un problema en el HL-LHC, on s'instal·laran nous imants de camp d’11 Tesla utilitzant la tecnologia superconductora Nb₃Sn, o en el futur col·lisionador circular d’hadrons (FCC-hh) on s'utilitzarà una tecnologia similar. Els resultats obtinguts en la tesi s’utilitzaran en el disseny i la posada en marxa d'aquestes màquines.

Finalment, és important esmentar una sèrie de millores del programari utilitzat en la física d'acceleradors i el disseny que es van desenvolupar durant el treball de recerca de la tesi. Aquests inclouen, entre d'altres, un procés complet de refacció d'eines de programació obsoletes, una interfície gràfica d'usuari per gestionar l'algorisme de correcció local automàtic i un nou marc d'anàlisi harmònic dissenyat per reemplaçar les eines més antigues.