在连续撞击了八年的亚原子粒子之后,欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)正在迎来一次重大升级。在周五的一场仪式上,这个高能物理实验室宣布了 HL-LHC 项目已经破土动工。当它在 2026 年上线的时候,将把 LHC 的碰撞速率增至 7 倍,并带来大约 10 倍的数据收集。
HL-LHC 项目的四极磁铁原型
尽管 LHC 从 2010 年上线运行至今,但 HL-LHC 项目从 2011 年 11 月就进入纸面讨论了,共同参与的有 13 个国家的 29 个研究所。
2016 年 6 月的时候,新项目终于得到了 CERN 理事会的正式批准。所以接下来的工作,就是敲定硬件部分的原型设计,以修改 27 公里(16.8 英里)的对撞机环线。
CERN 指出,新工作需要替换原线路中的 1.2 公里(3937 英尺),更换 LHC 在法国和瑞士两个主站点的各种磁铁、准直仪、射频腔。
这意味着需要新建和改造用于低温冷冻装置、电力供应系统,以及用于冷却和通风等设施的建筑、洞穴、地下廊道。
尽管在此期间,LHC 会保持在线运行状态,但会留有两个技术停止期和年度维护期。
为 HL-LHC 项目建造新的地下设施的 ATLAS 和 CMS 站点的土建工作已经开启
HL-LHC 项目旨在增加碰撞次数,让环线能够将质子加速到接近光速。这些质子以相反方向环绕,碰撞的强度足以揭示物质的基本结构、以及自然的基本法则。
当前 LHC 美秒能够处理高达 10 亿次的之子对撞。在 HL-LHC 完工之后,这个速率(或称‘光度’)将提升至 5~7 倍。
CERN 表示,这意味着十年内收集的数据将增加到 10 倍,有助于科学家更好地了解罕见的现象,比如希格斯玻色子的产生、衰变、以及其它亚原子例子的相互作用。
HL-LHC 会通过挤压加速器中的粒子束来实现这一目标,方法是让它通过一组 130 个新磁体,其中包括 24 个超导聚焦四极和四个超导磁极。
当这些碰撞速率增加时,16 个全新的“螃腔”将会在碰撞时倾斜电子束,使之看起来像螃蟹那样横着移动。
The road to High Luminosity - what's next for the LHC(via)
实验室表示,本次升级还将使得环线更易于维护、组件更易获得。此外,磁体的换能器将被重新安置,冰通过超导电缆进行改装,以提升其效率。
CERN 总干事 Fabiola Gianotti 表示:
HL-LHC 将让大型强子对撞机拓展至其最初的使命之外,从而带来全新的发现机遇、测量粒子的性质 —— 比如更精确的希格斯玻色子、以及更深刻地探索宇宙的更基本成分。