A medida que los ingenieros del CERN comienzan a probar secciones completas de sus nuevos sistemas, el colisionador de hadrones grande altos y luminosos (HL-LHC), una actualización masiva al acelerador de partículas más potente del mundo, se acerca a la realidad.
Con componentes de vanguardia desarrollados en el Fermilab del Departamento de Energía de EE. UU., El proyecto tiene como objetivo cargar experimentos de colisión de partículas y desbloquear fenómenos físicos raros cuando se conectaron a principios de la década de 2030.
Con tecnologías de vanguardia de los Estados Unidos y Europa trabajando juntos, la actualización tiene como objetivo proporcionar otros 10 veces más datos de colisión, abriendo la puerta al descubrimiento que puede reconstruir nuestra comprensión del universo.
Aumentar el colisionador más poderoso del mundo
Las colidentes de hadrones grandes altos y luminosos aumentan las capacidades de recopilación de datos de los corredores por órdenes de magnitud, lo que permite a los científicos explorar más profundamente en las leyes fundamentales de la naturaleza.
Este rendimiento salta a nuevos imanes innovadores, tecnología criogénica y centrada en el rayo diseñada para empacar más protones en vigas de energía más ajustadas y más altas.
Sin embargo, antes de que estos componentes se instalen en un túnel LHC de 27 kilómetros, deben someterse a una importante «prueba de cadena».
Esta prueba está diseñada para permitir que todas las piezas funcionen a la perfección en las condiciones extremas de la física de alta energía.
Prueba de cadena: ensayo de vestir HL-LHC
La fase actual del CERN replica una sección de colider ubicada a la izquierda del experimento de solenoide de mune compacto (CMS).
Todos los imanes, sistemas de energía y unidades de enfriamiento están conectados y operados como están en la máquina final, pero solo a pequeña escala.
Esta prueba excede las clasificaciones de rendimiento individual. Cuando se vincula como una sola cadena, valida el comportamiento colectivo del imán y el sistema de soporte.
Los ingenieros enfrían toda la sección a 1.8 Kelvin (solo 1.8 grados por encima del cero absoluto) y alimentan los increíbles 17.300 amperios, equivalentes a un rayo continuo a través del imán.
Contribución de vanguardia de Fermirab
El hardware de debut presenta cuatro imanes aceleradores cuadrupolo de vanguardia integrados en Fermilab.
Cada uno pesa 25 toneladas e incorpora una bobina hecha de Niobium 3-hin, un material superconductor que nunca se ha utilizado en un acelerador de partículas operativas.
Esta innovación salta de los imanes de titanio de Niobium existentes de LHC que producen hasta 8 campos Tesla.
Los imanes de 3 toneladas de niobio pueden alcanzar campos magnéticos aproximadamente un 50% más, lo que permite que HL-LHC comprime el doble de protones en volúmenes de haz más pequeños. Este es un paso importante para lograr un alto brillo.
La compensación es complejidad. Niobium 3-y es frágil y requiere un tratamiento térmico intenso para lograr la superconductividad. El desarrollo de estos imanes requirió décadas de colaboración entre los científicos estadounidenses y europeos.
Décadas de la asociación transatlántica
Los orígenes de la innovadora tecnología de HL-LHC se remontan a fines de la década de 2000, cuando un equipo estadounidense comenzó a experimentar con Niobium 3-Tin y CERN todavía estaba construyendo el colisionador original.
Los ingenieros de ambos lados del Atlantic intercambiaron ideas en videollamadas de maratón, a menudo trabajan en horarios de la noche y la mañana temprana para mejorar el diseño.
Esta colaboración fue tan cercana que los imanes contienen bobinas altamente compatibles de Fermilab y CERN, un testimonio de los esfuerzos de ingeniería armoniosos.
Verificación final antes de la instalación
Ahora que los imanes están conectados, los ingenieros de CERN están probando el sistema antes de comenzar el enfriamiento criogénico.
Una vez que la cadena alcanza la temperatura de funcionamiento, aumentan la corriente a plena resistencia y verifica la capacidad del imán para operar continuamente en condiciones extremas.
Al pasar esta prueba, borra el método de instalar el imán HL-LHC alrededor del punto de colisión, marcando el estiramiento final hacia el LHC más fuerte.
Cuando se opera a principios de la década de 2030, el colisionador mejorado expande drásticamente la capacidad de la humanidad para explorar el mundo subatómico, empujando los límites de la física en territorio desconocido.
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