Аннотация:
Европейский центр ядерных исследований (ЦЕРН) официально запустил важнейший этап модернизации Большого адронного коллайдера (БАК). Когда первое магнитное соединение было разорвано, крупнейший в мире ускоритель частиц начал вступать в стадию разборки и замены, открывая путь к будущей эре «Большого адронного коллайдера высокой яркости» (HiLumi LHC).
Большой адронный коллайдер длиной 27 километров окружает подземную границу Франции и Швейцарии. Внутри размещены тысячи различных типов сверхпроводящих магнитов, в том числе дипольные, квадрупольные, гексапольные, октупольные и декапольные магниты. Эти магниты выполняют важную задачу направления, контроля и сжатия пучка частиц.
Самый ответственный тип оборудования называется «набор внутренних трехполюсных магнитов». Они состоят из трех квадрупольных магнитов, которые установлены по обе стороны четырех основных экспериментальных устройств Большого адронного коллайдера. Его задача состоит в том, чтобы сжать пучок частиц до минимально возможного диапазона до того, как частицы попадут в детектор и столкнутся.
Чем сильнее сжат пучок частиц, тем выше вероятность столкновения. Частота, с которой происходят эти столкновения, называется «яркостью». Для экспериментов по физике элементарных частиц, чем выше яркость, тем больше данных можно получить, что помогает ученым глубже изучить самые основные физические законы Вселенной.
Для достижения будущих целей работы с высокой яркостью существующие внутренние трехполюсные магниты должны быть заменены новым поколением более мощных устройств. Эта операция является одним из основных проектов третьего плана долгосрочного технического обслуживания при останове (LS3).
В этом месяце команда инженеров отрезала первый комплект магнитных соединений, что ознаменовало официальный старт работ по замене магнитов. Марк Томсон, генеральный директор ЦЕРН, также совершил специальную поездку в первую точку БАК, где расположена экспериментальная зона ATLAS, чтобы увидеть этот важный узел.
Согласно плану проекта, в будущем на Большом адронном коллайдере будет установлено 16 криостатных систем и 28 криогенных компонентов. Ожидается, что первый из новых квадрупольных магнитов будет доставлен в туннель и установлен в начале 2029 года.
Главным моментом этого обновления является новое поколение технологии сверхпроводящих магнитов.
Во внутренних трехполюсных магнитах, используемых в настоящее время, в основном используются сверхпроводящие материалы ниобий-титан, а в новом оборудовании будущего будут использоваться более совершенные сверхпроводящие катушки ниобий-олово. Благодаря этому материалу новый магнит может генерировать напряженность магнитного поля до 11,3 Тесла, что примерно на 40% выше, чем у существующего оборудования.
Более сильные магнитные поля означают, что пучки частиц могут еще больше сжиматься, что значительно увеличивает частоту столкновений. Это основная цель программы Большого адронного коллайдера высокой светимости.
По проектным показателям, модернизированная система позволит двум крупным экспериментам ATLAS и CMS получить гораздо больше данных, чем на текущем этапе. В ближайшие несколько лет исследователи надеются использовать эти данные для более точного измерения свойств бозона Хиггса, поиска признаков темной материи и изучения новых физических явлений, выходящих за рамки Стандартной модели.
Стоит отметить, что не на всех экспериментальных участках требуется замена внутреннего трипольного магнита.
Поскольку эксперименты ALICE и LHCb имеют разные исследовательские цели и методы работы от ATLAS и CMS, их существующие внутренние трехполюсные магниты будут по-прежнему сохранены. Тем не менее, эти эксперименты по-прежнему будут подвергаться сопутствующим улучшениям, чтобы в полной мере воспользоваться будущими общими улучшениями яркости.
С начала сентября инженерная группа постепенно демонтировала крупные компоненты ускорителя возле ATLAS и CMS. На этот раз снятое оборудование включало 28 сверхпроводящих магнитов, включая трехполюсную систему в активной зоне, задействованную в проекте модернизации.
ЦЕРН заявил, что эта модернизация является одним из самых сложных крупномасштабных проектов модификации в истории Большого адронного коллайдера. Когда официально начнутся работы по демонтажу, это научное устройство, которое помогло человечеству открыть бозон Хиггса, постепенно перейдет в новую эру высокой яркости, предоставляя более мощные экспериментальные возможности для фундаментальных физических исследований в следующие несколько десятилетий.
Комментарии