CERN закрыла один из важных этапов подготовки Большого адронного коллайдера к модернизации High-Luminosity LHC. На стенде Inner Triplet инженеры впервые вывели новое поколение сверхпроводящих магнитов на полный расчетный ток — 16 230 ампер — и при этом не словили ни одного срыва сверхпроводимости.
Для ускорителя это заметная веха. Такие магниты должны сильнее и точнее фокусировать пучки протонов перед столкновением, а значит, поднимать светимость коллайдера — то есть число полезных столкновений, которые потом фиксируют детекторы.
В CERN отмечают, что испытания шли как часть основной аппаратной проверки комплекса. В работу включили все 17 электрических контуров, а заодно систему защиты сверхпроводящих магнитов, которая способна безопасно рассеивать до 38 мегаджоулей энергии в жидком гелии при температуре около 1,9 K. Следующая серия тестов намечена на сентябрь.
Главная новинка здесь — квадрупольные магниты на катушках из ниобий-олова. В действующем LHC для сверхпроводящих элементов в основном используют ниобий-титан, но новый материал позволяет поднять магнитное поле до 11,3 тесла. Это примерно на 35% выше, чем у нынешних систем, и как раз такой запас нужен, чтобы сильнее и точнее сжать пучки протонов в зоне столкновения.
Инженеры еще и почти вдвое расширили рабочий канал магнитов — с 70 до 150 мм. Это дает больше свободы для управления пучком и снижает риски на стадии фокусировки. И отдельно показательный момент: новая система вышла на номинальный режим без привычной для таких установок «тренировки», когда магнитам приходится постепенно нарабатывать рабочий ток после срывов сверхпроводимости.
Для коллайдера такого масштаба это серьезный сигнал. LHC и так работает почти на пределе, а каждая прибавка к светимости напрямую повышает шансы заметить редкие события, которые легко теряются при меньшем числе столкновений. Поэтому модернизация HL-LHC и считается одним из самых заметных проектов европейской физики частиц на ближайшие годы.
Большой адронный коллайдер уже однажды поменял картину в физике элементарных частиц. В 2012 году именно на нем подтвердили существование бозона Хиггса, и с тех пор главный вопрос для CERN сместился от «найти» к «измерить точнее». Для этого нужен не новый тип эксперимента, а просто куда больший объем данных.
Проект HL-LHC должен многократно увеличить число полезных столкновений по сравнению с текущим режимом работы ускорителя. На практике это означает больше шансов увидеть редкие распады, уточнить свойства уже известных частиц и проверить, не прячется ли за Стандартной моделью что-то еще. В этой же гонке участвуют и другие: в Китае продвигают планы по электрон-позитронному коллайдеру CEPC, а в США обсуждают установки следующего поколения, которые должны дать еще более высокую энергию или светимость.
Сроки у CERN тоже выбраны не случайно. Модернизированный комплекс планируют вывести на орбиту исследований в начале следующего десятилетия, а до этого инженерам нужно подтвердить стабильность всей цепочки — от магнитов и контуров питания до защиты сверхпроводящих элементов и процедур запуска. Испытания в сентябре покажут, как быстро можно перейти от удачного стендового теста к реальной эксплуатации.