CERN は新しい磁石を -271.3 °C まで冷却します

まとめ

• CERN は、新しい加速器の 95 メートルの試験装置の極低温冷却 (-271.3 °C) を委託しました。
• このインフラストラクチャは、地下に設置される集束磁石システム (インナー トリプレット ストリング) を完全に表しています。
• 2026 年の夏には、新しい機器の設置のための 4 年間の一時停止である長期停止 3 (LS3) が始まります。
• 高輝度 LHC (HL-LHC) へのアップグレードは 2030 年に完了し、粒子の衝突率は 10 倍に増加します。
• ATLAS 検出器と CMS 検出器は、ギリシャの研究コミュニティの積極的な参加により、並行してアップグレードされています。

高輝度LHCの重要なステップ

ケルン 始めました その施設にある95メートルの実験装置の臨界冷却段階（-271.3℃）。これは、2030 年までに陽子の衝突率を 10 倍に高めることを目的とした、アップグレードされた高輝度 LHC (HL-LHC) 加速器に搭載される集束磁石システム (インナー トリプレット ストリング) の完全な表現です。

• 動作温度: 1.9 ケルビン (-271.3 °C)、絶対零度のすぐ上。
• テスト配列長 (IT 文字列): 高さ95メートル、地下設備の正確なレプリカ。
• コアマグネットテクノロジー: より強力な磁場を実現するニオブ錫合金 (Nb3Sn)。
• 時刻表: 2026年夏に設置工事（LS3）開始、2030年に通常運転。

現在の大型ハドロン衝突型加速器（LHC）から 高輝度LHC このプロジェクトは、欧州原子力研究機関による過去 20 年間で最大のインフラ プロジェクトです。テストは開始されたばかりで、最終的な統合チェックとして機能します。エンジニアは個々のコンポーネントをテストするだけではなく、27kmの地下トンネル内で動作するのと同じように、磁石、極低温ライン、電力システム、保護機構を含む単一の相互接続されたシステムをテストしています。 1.9 ケルビンの温度を達成して安定させるには、液体ヘリウムと低温圧縮機アレイの非常に複雑なネットワークが必要で、そのプロセスには数週間かかります。

「ハイパーアクセラレータ」のアーキテクチャ

光度、つまり表面積および時間あたりの潜在的な衝突の数を増やすには、陽子が中央の検出器で出会う直前に誘導される方法を根本的に再設計する必要があります。既存のもの テクノロジー LHC は超電導ニオブチタン (NbTi) 磁石をベースとしています。 HL-LHC のために、CERN はニオブ錫 (Nb3Sn) 超伝導体を導入しています。これは、より厳密なビーム集束に必要な、より高速で高密度の磁場をサポートできる材料です。

同時に、このシステムには超電導「クラブ」空洞が組み込まれています。これらの配置は粒子を加速させませんが、粒子に横方向の推力を与え、衝突の瞬間に陽子のパケットを回転させて表面積を最大化します。

メインビームから逸脱する粒子を除去するために、新しい結晶偏向器も装置に追加され、これにより、不要な温度上昇を引き起こす可能性のある潜在的なエネルギー損失から敏感な超電導磁石を保護します。

現在地上でテストされている 95 メートルのアレイは、最終的にはネットワークの 2 つの最大の実験である ATLAS と CMS のどちらかの側に設置される予定です。この極低温試験の成功により、工学的アプローチ全体の実行可能性が検証され、極低温条件下でもコンポーネントの構造的完全性と超電導性を維持できることが保証されます。

長期閉鎖 3: 4 年間の待機

このような技術的飛躍の実現は、加速器が稼働している状態では実現できません。この夏が始まります 長時間のシャットダウン 3 (LS3)。これは LHC の 4 年間の計画停止であり、その間に既存のリングの約 1.2 キロメートルが新しい革新的な機器に置き換えられます。

2 台の巨大な「冷蔵庫」がすでに ATLAS と CMS 近くの地下ギャラリーに納入されており、新しい極低温システムの中心を形成しています。加速器トンネルの建設作業に加えて、LS3スペースは検出器自体（ATLAS、CMS、ALICE、LHCb）の抜本的なアップグレードにも使用され、HL-LHCが生成する膨大な量のデータを処理するために準備する必要があります。

新しい加速器が 2030 年に完全に稼働すると、その寿命中に約 3 億 8,000 万個のヒッグス粒子が生成されると予想されますが、これに対し、LHC が稼働開始してから生成されたヒッグス粒子は約 5,500 万個です。この膨大な量のデータにより、物理学者は、粒子と粒子自身および物質の他の基本構成要素との相互作用を前例のない精度で研究し、新しい物理学の存在を示す可能性のある標準模型からの逸脱を探すことが可能になります。

テックギア提供

ほぼ 100 メートルのアレイで摂氏マイナス 271 度以下の温度を達成することは、純粋に工学的な偉業であり、CERN の純粋に科学的な結果と比較すると見劣りすることがよくあります。工業規模で超電導を維持することの難易度は、絶対的な耐障害性を必要とします。

ギリシャの現実にとって、この発展は国内の大学や研究センター（NTUA、AUTH、EKPA、デモクリトスなど）での研究の強化を意味する。ギリシャの研究者は伝統的に、ATLAS と CMS の実験において強い存在感を維持してきました。 LHC アップグレードは、データ出力を 10 倍に増やすことを目的としています。これは、データ分析、シミュレーション ソフトウェア開発、検出サブシステムの作成に携わるギリシャのチームが現在、最も要求の厳しい作業負荷に入っていることを意味します。