Gigászi műtét a CERN mélyén
- júl. 4.
- 3 perc olvasás
Gigászi műtét a CERN mélyén: egy kilométernél is több mágnest cserélnek ki a részecskegyorsítóban
A nagy Hadronütköztető (LHC), a világ legerősebb részecskegyorsítója tudományos útjának egy rendkívüli fejezetéhez érkezik. Utolsó fizikai futtatását követően a gyorsítót leállították, hogy megkezdődhessen a CERN harmadik hosszú leállása, az LS3. Ez egy nagyszabású karbantartási, megerősítési, korszerűsítési és telepítési program, amely felkészíti a Laboratóriumot a Nagy Luminozitású LHC-re, vagyis a HiLumi LHC-re, amely a természet alapvető törvényeinek kutatásában a következő szakaszt jelenti.
Amióta 2008 szeptemberében először keringtette a nyalábokat, az LHC kitolta a tudomány és a technológia határait, és a valaha épített egyik legambiciózusabb tudományos eszközzé vált. A gyorsító 2009-ben hozta létre első protonütközéseit, és gyorsan egyedülálló felfedezőgépként vált ismertté. Három működési időszaka, az 1–3. futtatások során az LHC példátlan mennyiségű adatot szolgáltatott a kísérletek számára.
Az LHC legismertebb eredménye 2012. július 4-én született, amikor az ATLAS és a CMS együttműködések bejelentették a Higgs-bozon felfedezését, megerősítve egy közel fél évszázaddal korábban javasolt mechanizmust. Az ezt követő években az LHC több száz jelentős tudományos előrelépést tett lehetővé, többek között több mint 85 hadron felfedezését, új részecskék keresésével kapcsolatos kizárási határok meghatározását, az anyag és az antianyag közötti aszimmetria vizsgálatát, a kvark–gluon plazma természetének feltárását, valamint olyan méréseket, amelyek fontos következményekkel járnak az asztrofizika számára. Tudományos eredményein túl az LHC jelentős innovációt ösztönzött a gyorsítótudomány, a szupravezető technológiák, a számítástechnika és a nemzetközi együttműködés területén.
A CERN-ben nem egyszerű javításról, hanem egy nagy átalakításról van szó: az LHC-t a következő generációs, nagy luminozitású LHC-vé, vagyis HiLumi LHC-vé alakítják át. Ennek részeként több mint 1,2 kilométernyi gyorsítóelemet, köztük mágneseket és kapcsolódó berendezéseket bontanak ki és cserélnek új rendszerekre.
Milyen alkatrészeket cserélnek?
CERN közlései alapján főként ezekről van szó:
1. Szupravezető mágnesek és mágneses egységekEzek irányítják, fókuszálják és pályán tartják a protonnyalábokat. A HiLumi LHC-hez új, nagyobb teljesítményű mágnesek kellenek, különösen az ATLAS és CMS kísérleti pontok környékén, ahol a részecskenyalábokat rendkívül pontosan kell összefókuszálni.
Nióbium–ón alapú szupravezető kvadrupól mágnesek
Ezek a legfontosabb újdonságok. Az új mágnesek anyaga nióbium–ón, jelölése Nb₃Sn. A jelenlegi LHC mágnesek nagy része nióbium–titán, vagyis NbTi technológiával készült. Az Nb₃Sn nagyobb mágneses teret tud létrehozni, ezért alkalmasabb a következő, nagyobb teljesítményű LHC-változathoz.
2. Gyorsítóelemek és alagúti berendezésekNem csak mágneseket cserélnek, hanem a hozzájuk tartozó mechanikai, elektromos, vákuumtechnikai, hűtési és vezérlési rendszereket is. A CERN szerint az LHC több mint 1,2 km-es szakaszát bontják meg és építik újjá új HiLumi-berendezésekkel.
3. Kriogén, vagyis mélyhűtő rendszerekAz LHC mágnesek szupravezető állapotban működnek, ami rendkívül alacsony hőmérsékletet igényel. Ezért új hűtővezetékeket és kapcsolódó kriogén rendszereket is beépítenek.
4. ATLAS és CMS detektorok részeiA két nagy kísérlet, az ATLAS és a CMS is jelentős korszerűsítést kap. Lecserélik vagy modernizálják többek között a trigger-rendszereket, a nyomkövető detektorokat, az időzítő detektorokat és egyes kaloriméter-rendszereket. Erre azért van szükség, mert a jövőben sokkal több ütközést kell egyszerre feldolgozniuk.
5. Biztonsági, elektromos és kiszolgáló infrastruktúraA teljes gyorsítókomplexumban felújítják a személyi biztonsági rendszereket, az elektromos hálózat egyes részeit, a műszaki galériákat és más háttérrendszereket is. Ez már nemcsak az LHC-ről, hanem az egész CERN gyorsítókomplexumának megerősítéséről szól.
Miért cserélik ezeket?
A fő ok: több ütközést, több adatot és pontosabb méréseket akarnak elérni.
A HiLumi LHC célja, hogy az LHC luminozitását, vagyis az ütközések számát az eredeti tervezési értékhez képest akár tízszeresére növelje. Ez nem azt jelenti, hogy feltétlenül sokkal nagyobb energián működik majd, hanem azt, hogy sokkal több hasznos proton–proton ütközést tud előállítani és mérni.
Ez azért fontos, mert így:
pontosabban tudják vizsgálni a Higgs-bozont;
nagyobb eséllyel találhatnak ritka részecskefizikai jelenségeket;
tovább kereshetik a Standard Modellen túli fizika jeleit;
több adatot gyűjthetnek az anyag, antianyag, sötét anyag és korai univerzum kérdéseinek vizsgálatához.
Hozzászólások