Imán dipolar
Los imanes dipolares mantienen a las partículas en su trayectoria circular: la fuerza de Lorentz las curva, con p ≈ 0,3 · B · r. Más energía requiere un campo más intenso o un anillo más grande. El LHC tiene 1232 dipolos superconductores, de unos 15 m de largo cada uno, que producen 8,3 T a 1,9 K y mantienen protones de 7 TeV en una circunferencia de 27 km.
La mejora «Campo magnético» refuerza los dipolos y los envuelve con bobinas de cobre. Cada 10 niveles de haz, todo el anillo entra en una nueva era.
Cavidad de RF
En las cavidades de radiofrecuencia, un campo eléctrico oscila al compás de los paquetes: los acelera un poco en cada vuelta y los mantiene agrupados. El LHC tiene por haz ocho cavidades superconductoras de 400 MHz, de unos 2 MV cada una, 16 MV por haz en total.
Cada 6 niveles de energía del haz se añade otro módulo de RF (como máximo 10).
Cuadrupolo de enfoque
Los imanes cuadrupolares actúan como lentes: enfocan el haz en un plano y lo desenfocan en el otro; colocados de forma alterna, lo enfocan en conjunto. Un triplete delante del detector comprime el haz hasta unos 17 µm; cuanto menor la sección, más colisiones.
Cada dos niveles de «Enfoque del haz» se añade un triplete a cada lado del detector (como máximo 6); el enfoque también amplía la ventana de acierto.
Tanque criogénico
Los imanes superconductores pierden toda resistencia eléctrica por debajo de una temperatura crítica. El LHC los enfría con unas 100 toneladas de helio líquido a 1,9 K, más frío que el espacio vacío (2,7 K), y es la mayor instalación criogénica del mundo.
Cada nivel de «Criostato» añade otro tanque (como máximo 10) y prolonga el funcionamiento sin conexión.
Línea de helio
El helio líquido circula por una tubería a lo largo de los imanes. Por debajo de 2,17 K, el helio se vuelve superfluido: conduce el calor extremadamente bien y prácticamente no tiene viscosidad, ideal como refrigerante para los imanes.
La línea aparece a partir del nivel 2 de la mejora «Criostato».
Haz y paquetes
Los protones no circulan como un flujo continuo, sino en paquetes. El LHC alberga hasta 2808 paquetes por haz con unos 10¹¹ protones cada uno, separados 25 ns. Dos haces circulan en sentidos opuestos por tubos separados y solo se cruzan en los detectores: cada cruce produce docenas de colisiones.
Disparas al compás del cruce (ventana de acierto). La mejora «Luminosidad» aumenta el número de colisiones por segundo y desbloquea la automatización.
Luz de sincrotrón
Las partículas cargadas en una trayectoria circular emiten luz tangencialmente. La potencia crece como E⁴ / (m⁴ · r²): a igual energía, un electrón pierde unas 10¹³ veces más que un protón. Por eso el LHC usa protones, y por eso en el anillo de electrones LEP (104,5 GeV) la radiación era el límite.
Los abanicos de luz crecen con el nivel del haz: cuanto mayor la energía, más brillante y dura es la luz.
