- CERN 升級粒子加速器以提高碰撞率，推進 HiLumi LHC 項目。
- 新型四極磁鐵達到設計電流，能更精確聚焦粒子束。
- 新磁鐵在運行過程中未出現瞬間失超現象，顯示良好性能。
- IT String 測試設施的成功供電標誌著硬體調試階段的完成。
CERN 最近升級了全球最大的粒子加速器，並成功將新一代超導磁鐵提升至其全運行電流。歐洲核子研究組織（CERN）及全球最大的粒子物理實驗室表示，這一成就對高亮度大型強子對撞機（HiLumi LHC）來説是邁出了重要一步。HiLumi LHC 是大型強子對撞機（LHC）的升級版本，相關工作於 7 月 8 日進行，預計將於 2030 年開始運行。新的加速器將產生顯著更多的粒子碰撞，這將使科學家能夠收集更大的數據集，尋找超越粒子物理標準模型的稀有現象。
這一突破發生在內部三重串（IT String）測試設施。該處的新型四極磁鐵達到了設計電流 16,230 安培（A），這些磁鐵能夠在質子束碰撞前，將其聚焦得更為緊密，從而增加對撞機的亮度或碰撞率。
新型四極磁鐵的性能
四極磁鐵是對目前在 LHC 中使用的鈮-鈦內部三重磁鐵的重大升級，這些新磁鐵使用鈮-錫超導線圈，能夠在 11.3 Tesla 的磁場下運行，這比目前一代的磁場高出約 35%。此外，這些磁鐵的孔徑從 70 毫米增大至 150 毫米，這使得磁鐵能夠更精確地聚焦粒子束，並在實驗中產生更多碰撞。
最近測試的其中一個重大結果是，這些磁鐵在達到全運行電流的過程中，並未經歷稱為「瞬間失超」的現象。這種現象表示從超導狀態轉變為正常的電導狀態。根據 CERN 的資料，超導磁鐵通常需要經過多次供電循環，即訓練，才能可靠地達到設計電流。在這一過程中，磁鐵的機械調整通常會在較低的電流下觸發瞬間失超。隨著時間的推移，內部結構穩定，允許逐漸提高運行電流。新磁鐵保留了其訓練並展示了良好的記憶能力。
「良好的記憶能力是加速器磁鐵的關鍵性能需求，因為它能夠減少調試時間、低温消耗和運行延遲，」CERN 大型磁鐵設施的負責人 Susana Izquierdo Bermudez 強調道。
IT String 測試設施的成功
這一努力也驗證了整個 IT String 測試設施的性能。CERN 成功地將所有 17 個電路供電至其運行電流，這包括分離二極磁鐵，該磁鐵將在未來的 HiLumi LHC 實驗中將兩個粒子束分開。該二極磁鐵在僅經過幾次訓練失超後，即達到了目標電流。修正磁鐵電路在單獨和聯合運行時也達到了設計電流。同時，測試還驗證了磁鐵保護系統。當需要時，它安全釋放了多達 38 兆焦耳（MJ）的儲存磁能至保持在 1.9 開爾文（-456 華氏度）的液氦中。
「所有電路的成功供電標誌著 IT String 硬體調試階段的完成，」IT String 操作部門負責人 Samer Yammine 指出。「此次活動生成了大量數據，我們目前正在分析這些數據，以更好地理解所有系統之間的相互作用。」持續的分析涵蓋了超導磁鐵、冷供電系統、電源轉換器、瞬間失超檢測與保護、低温技術、真空、控制及調整。這些結果將有助於優化 HiLumi LHC 的調試及未來運行。
進一步的測試將於九月份恢復。IT String 設施負責人 Marta Bajko 在新聞稿中表示：「這次九月的第二次運行活動將主要集中於驗證調試程序和分析工具，以及展示整體系統性能的重現性。」
新磁鐵技術對粒子物理研究的重要性
CERN 的新型四極磁鐵技術對粒子物理研究具有重要意義。這些磁鐵不僅能在更高磁場下運行，還能更精確地聚焦粒子束，從而提高碰撞率，幫助科學家探索更深層的物理現象。良好的記憶能力減少了調試時間，提升了整體運行效率，對未來的 HiLumi LHC 實驗至關重要。此外，成功的測試結果將為進一步的系統優化提供數據支持，推動粒子物理的進一步發展。