Перспективы HL-LHC: увеличенная светимость и новые открытия в фундаментальной физике
В рамках проекта по модернизации Большого адронного коллайдера (LHC) в ЦЕРНе произошло значительное событие, отмечающее новый важный этап в разработке коллайдера высокой светимости (HL-LHC). Недавно в испытательном зале магнитов ЦЕРНа была успешно установлена инновационная система холодного питания на испытательном стенде IT HL-LHC. Эта установка является важной компонентой модернизации, направленной на увеличение светимости ускорителя и расширение возможностей проведения фундаментальных физических исследований.
Ускоритель высокой светимости LHC (HL-LHC) представляет собой крупную модернизацию существующего LHC, целью которой является увеличение числа столкновений частиц (светимости) и, как следствие, увеличение объёма собираемых данных. HL-LHC будет производить данные в объёме, превышающем текущий LHC в 10 раз, что позволит изучать такие механизмы, как бозон Хиггса, в значительно больших деталях и наблюдать новые аспекты фундаментальных законов природы.
Магниты фокусировки пучка, внутренние триплеты, являются основным элементом этой модернизации. Эти магниты будут развёрнуты по обе стороны точек взаимодействия пучка в экспериментах ATLAS и CMS с новыми системами питания, защиты и выравнивания. Как и магниты LHC, они будут работать при температуре 1,9 К, что холоднее, чем температура в глубоком космосе.
Система холодного питания, недавно установленная на испытательном стенде, включает в себя длинную линию электропередачи, специально разработанную для передачи токов к магнитам в широком диапазоне температур. Эта система состоит из высокотемпературной сверхпроводящей линии длиной около 75 метров, изготовленной из сверхпроводящих материалов, таких как сверхпроводник диборид магния. Она способна передавать ток силой 120 кА от 20 преобразователей мощности, находящихся в новом туннеле HL-LHC, построенном специально для них и работающем при комнатной температуре, к магнитам в туннеле LHC, практически без потерь энергии.
Это достижение следует за десятью годами разработки различных аспектов системы холодного питания. Восемь из этих систем холодного питания будут установлены под землей в LHC после полной квалификации. Транспортная группа CERN сыграла важную роль в этом сложном процессе установки
Амалия Балларино (Amalia Ballarino), руководитель системы холодного питания HL-LHC
Установка системы холодного питания, вес которой составляет около 5 тонн, потребовала тщательного планирования и координации. Для этого были использованы два полностью синхронизированных мостовых крана, а команда вручную перемещала и корректировала её положение.
«Перед выполнением манёвра мы разработали сложную процедуру интеграции и сборки, проводя анализ рисков на каждом этапе. Это включало в себя тщательные исследования и моделирование, а также обширные кампании по реальным испытаниям, проводимые всей командой», — рассказал Стефанос Спатопулос (Stefanos Spathopoulos), инженер ЦЕРНа, отвечавший за проектирование и производство ключевых механических компонентов и планирование операции.
Эти мероприятия прокладывают путь к новым этапам: следующим важным шагом станет установка магнитов. В настоящее время ЦЕРН строит тестовую цепочку для HL-LHC в наземном испытательном зале LHC, которая будет состоять из шести основных сверхпроводящих магнитов фокусировки пучка — внутренних триплетов — и связанной с ними технологии. Макет будет воспроизводить подземную конфигурацию LHC, и после проверки каждой системы цепочка будет использоваться для проверки интеграции всего спектра систем.
«В рамках проекта будут испытаны сверхпроводящие магнитные цепи в условиях, максимально приближенных к тем, которые существуют в туннеле HL-LHC. Основная цель — дать возможность командам оптимизировать установку этих компонентов, спланировать потенциальные ремонтные работы или вмешательства в туннель и изучить совместное поведение основных компонентов», — объяснила Марта Байко (Marta Bajko), руководитель группы IT String.
Ожидается, что HL-LHCбудет функционировать в течение как минимум десяти лет. Этот проект не только расширит знания о фундаментальных компонентах материи и силах, которые их связывают, но и потенциально откроет новые явления, которые могут помочь решить некоторые из стоящих перед современной физикой загадок, таких как природа тёмной материи.
