Большой адронный коллайдер вступил в третий период простоя для модернизации

Учёные в ЦЕРН запустили запутанный процедура охлаждения 95-метрового испытательного стенда, воспроизводящего подземную конфигурацию технологий для модернизации Большого адронного коллайдера до уровня высокой светимости. БАК ожидает четырёхлетний период простоя.

Отмечается, что ЦЕРН достиг важной вехи в развитии проекта Большого адронного коллайдера высокой светимости (HiLumi LHC) с началом криогенного охлаждения до 1,9 К (‑271,3 °C) своего 95-метрового испытательного стенда. Это полномасштабная копия инновационного оборудования, которое преобразует БАК в ближайшие годы. 

Испытательный стенд предназначен для проверки новой магнитной системы (внутренних триплетных магнитов, фокусирующих пучок) и её сложной инфраструктуры, которая является ключевым элементом масштабной модернизации БАК. Его повторный ввод в эксплуатацию запланирован на 2030 год.

Этим летом начнётся четырёхлетний интенсивный период работ (Long Shutdown 3 – LS3) по преобразованию БАК в HiLumi LHC — ускоритель, который откроет новую эру в физике высоких энергий, обещают учёные. HiLumi LHC увеличит в десять раз количество столкновений частиц (называемых «светимостью»), значительно нарастив объём физических данных, доступных исследователям. Этот скачок позволит физикам исследовать поведение бозона Хиггса и других элементарных частиц с беспрецедентной точностью и обнаружить редкие новые явления в будущем.

«Я думаю, невозможно переоценить важность и волнение, которые вызывает Большой адронный коллайдер высокой светимости, крупнейший инициатива, осуществляемый ЦЕРН за последние 20 лет. В сочетании с передовыми инструментами обработки данных и модернизированными детекторами он позволит нам впервые понять, как бозон Хиггса взаимодействует сам с собой — ключевое измерение, которое прольёт свет на первые мгновения и возможную судьбу Вселенной. БАК высокой светимости также исследует неизведанные территории и может раскрыть нечто совершенно новое и неожиданное. В этом и заключается смысл исследования неизвестного: вы не знаете, что там находится», — объясняет Марк Томсон, генеральный директор ЦЕРН. 

Многие технологии, разработанные для БАК HiLumi, — такие как сверхпроводящие крабовидные резонаторы, которые наклоняют пучки частиц перед столкновением, кристаллические коллиматоры, предназначенные для удаления случайных частиц, и высокотемпературные сверхпроводящие линии электропередачи для максимально эффективного питания магнитов HiLumi, — никогда ранее не использовались в протонных ускорителях. Так, внутренние триплетные магниты для фокусировки пучка изготовлены из сверхпроводящего соединения на основе ниобия и олова (Nb3Sn), что даёт возможность создавать магнитные поля более высокого порядка, чем те, которые достигаются с помощью существующих ниобиево-титановых (NbTi) магнитов БАК. Эти новые магниты будут развёрнуты по обе стороны экспериментов ATLAS и CMS наряду с новыми криогенными, энергетическими, защитными и юстировочными системами, и будут работать при температуре 1,9 К (-271,3 °C), как и магниты БАК.

Для обеспечения бесшовной интеграции ЦЕРН построил в надземном испытательном зале полномасштабный испытательный стенд под названием «Внутренняя триплетная цепочка» (IT String), который повторяет подземную конфигурацию.

«Все системы уже были протестированы по отдельности. Цель IT String — подтвердить их интеграцию и совместную работу в рабочих условиях. Подключение и работа всего оборудования в IT String дают нам возможность оптимизировать процедуры до фактической установки в туннеле, чтобы мы были готовы к эффективной и бесперебойной инсталляции», — объясняет Оливер Брюнинг, директор ЦЕРН по ускорителям и технологиям. 

Крупные эксперименты на БАК ATLAS и CMS также пройдут масштабную модернизацию, чтобы применять весь научный потенциал столкновений HiLumi на БАК.

ПИнициатива HiLumi LHC возглавляет ЦЕРН при поддержке международного сотрудничества, в котором участвуют почти 50 институтов из свыше 20 стран. Помимо финансирования, предоставленного государствами-членами и ассоциированными членами ЦЕРН, проект получил специальные взносы от Италии, Испании, Швеции, Великобритании, Сербии и Пакистана, а равным образом от ряда стран, не являющихся членами ЦЕРН, таких как США, Япония, Канада и Китай.

Охлаждение тестовой установки HiLumi LHC, которое осуществляется с помощью сложной системы охлаждения и распределения жидкого гелия, предположительно, займёт несколько недель.

В апреле 2025 года ЦЕРН опубликовала доклад и смету по строительству первой очереди будущего кольцевого коллайдера (FCC). Коллайдер с длиной окружности около 91 км может в 2040-х годах заменить БАК. ПИнициатива позволит изучать элементарные частицы, состав Вселенной и механизмы обретения частицами массы. Идея строительства FCC возникла после открытия бозона Хиггса в 2012 году. РПодход о строительстве FCC должны принять к 2028 году.