В Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) стартовал ключевой этап программы по модернизации Большого адронного коллайдера (БАК). Ученые приступили к криогенному охлаждению уникального испытательного стенда, который представляет собой полноразмерную копию будущих обновленных узлов коллайдера.
Речь идет о так называемом стенде Inner Triplet String (IT String), длина которого составляет 95 метров. Эта установка, расположенная на поверхности, является точной моделью аппаратуры, которая впоследствии будет смонтирована глубоко под землей на границе Франции и Швейцарии. Главная цель инженеров — проверить совместную работу новых сверхпроводящих магнитов, криогенной системы и защитных механизмов до начала их монтажа в туннель БАК. Успешное завершение этих испытаний — критическое условие для реализации проекта High-Luminosity LHC (HiLumi LHC), который должен вступить в строй в 2030 году.
Процесс охлаждения является технически сложной задачей и займет несколько недель. Специалистам предстоит довести температуру системы до -271 °C. Именно в таких экстремальных условиях сверхпроводящие магниты смогут выполнять свою функцию, фокусируя пучки протонов внутри апгрейдированного коллайдера. Для достижения этой температуры задействуется сложная сеть рефрижераторов на жидком гелии, способная распределять хладагент по всей длине стенда.
Генеральный директор ЦЕРНа Марк Томсон подчеркнул важность момента, назвав проект HiLumi LHC крупнейшей инициативой организации за последние 20 лет. По его словам, модернизированный коллайдер позволит заглянуть в неизведанные области физики и, возможно, приведет к совершенно неожиданным открытиям.
Начало этих испытаний совпало по времени с подготовкой к так называемому Long Shutdown 3 (LS3) — четырехлетнему периоду, в течение которого инженеры проведут кардинальную перестройку существующего БАК, превратив его в коллайдер высокой светимости. Ожидается, что после включения в 2030 году HiLumi LHC сможет обеспечивать в десять раз больше столкновений частиц, чем сейчас. Это резкое увеличение показателя светимости откроет ученым доступ к наблюдению редких взаимодействий и позволит получить более глубокие знания о свойствах бозона Хиггса.
Ключевым элементом модернизации станут новые фокусирующие магниты из сплава ниобия и олова (Nb3Sn). Они способны создавать более мощные магнитные поля по сравнению с нынешними магнитами из ниобия-титана, что позволит значительно сильнее сжимать протонные пучки перед их столкновением в детекторах ATLAS и CMS.
Как отметил Оливер Брюнинг, директор ЦЕРНа по ускорителям и технологиям, хотя все системы уже прошли индивидуальные испытания, стенд IT String даст уникальную возможность оптимизировать их совместную работу в реальных условиях и отработать все процедуры до начала непосредственного монтажа в туннеле. Это обеспечит эффективность и бесперебойность установки.
Проект HiLumi LHC носит международный характер, объединяя около 50 институтов из более чем 20 стран Европы, Азии и Северной Америки. Помимо новых магнитов, в ходе апгрейда будут впервые в истории протонных ускорителей применены такие технологии, как сверхпроводящие «крабовые» резонаторы, кристаллические коллиматоры и высокотемпературные сверхпроводящие линии электропередачи.