Брукхейвенская национальная лаборатория США достигла поэтапного прогресса в модернизации Большого адронного коллайдера высокой светимости

29 июля Большой адронный коллайдер (БАК) Европейской организации по ядерным исследованиям завершил текущий сеанс работы и перешел в четырехлетний период остановки для технического обслуживания. Во время этой остановки некоторые компоненты БАК будут демонтированы и реконструированы для проекта модернизации Большого адронного коллайдера высокой светимости (HiLumi LHC). Работы по ускорителю и детектору, в которых участвует Брукхейвенская национальная лаборатория Министерства энергетики США, недавно достигли важных производственных рубежей.

Большой адронный коллайдер помогает ученым изучать фундаментальную структуру материи, ускоряя и сталкивая два встречных пучка протонов по кольцевой траектории длиной почти 17 миль. Основная цель модернизации HiLumi LHC — значительно увеличить количество столкновений частиц в единицу времени, то есть повысить «светимость», что увеличит шансы регистрации редких взаимодействий.

В части модернизации ускорителя Брукхейвенская национальная лаборатория совместно с Национальной лабораторией имени Лоуренса в Беркли и Национальной ускорительной лабораторией имени Ферми разрабатывает сверхпроводящие фокусирующие магниты для HiLumi LHC. Новые магниты изготавливаются из ниобий-олова, что позволяет выдерживать более высокие токи и создавать более сильные магнитные поля, однако материал более хрупок, что предъявляет высокие требования к намотке катушек, термообработке, монтажу и испытаниям. Брукхейвенская национальная лаборатория взяла на себя ключевые этапы, такие как изготовление катушек и криогенные испытания, которые проводятся в среде жидкого гелия при температуре, близкой к абсолютному нулю; каждое испытание магнита занимает около двух месяцев.

Сообщается, что команда завершила изготовление 24 магнитов досрочно и в рамках бюджета. Часть магнитов уже попарно установлена в криостаты и проходит полномасштабные испытания в Европейской организации по ядерным исследованиям; ожидается, что эти испытания будут завершены летом текущего года.

В части модернизации детектора Брукхейвенская национальная лаборатория, как головная лаборатория США в эксперименте ATLAS, участвует в проектировании и изготовлении ключевых компонентов, таких как новый внутренний трековый детектор. Детектор ATLAS используется для регистрации сигналов, возникающих после столкновения частиц; его самый внутренний трековый детектор, расположенный близко к точке столкновения, должен быть адаптирован к более высоким уровням данных и радиации, создаваемым HiLumi LHC.

Брукхейвенская национальная лаборатория внесла вклад в создание внутреннего трекового детектора, предоставив кремниевые пластины площадью почти 650 квадратных футов, содержащие более 20 миллионов датчиков. Через год после начала производства команда завершила и поставила 10% от общего объема компонентов, необходимых для ATLAS. Представители проекта отметили, что этот прогресс свидетельствует о том, что соответствующие производственные процессы уже проверены, и последующее производство и поставка компонентов могут быть ускорены.

Брукхейвенская национальная лаборатория считает, что модернизация HiLumi LHC не только обеспечит более высокую чувствительность экспериментальных условий для исследований в области физики частиц, но и предоставит студентам и молодым исследователям возможность пройти обучение по различным направлениям — от изготовления сверхпроводящих катушек до испытаний детекторов, что позволит накопить технический потенциал для будущих проектов коллайдеров.