CERN hat mit dem Beginn der kryogenen Abklingzeit auf 1,9 K (‑271,3 °C) seines 95 Meter langen Teststands – a einen entscheidenden Meilenstein in der Weiterentwicklung des High-Luminosity Large Hadron Collider (HiLumi LHC) erreicht. maßstabsgetreue Nachbildung der innovativen Ausrüstung, die den LHC in den kommenden Jahren verändern wird. Der Prüfstand soll das neuartige Magnetsystem (die inneren Triplett-Strahlfokussierungsmagnete) und seine komplexe Infrastruktur validieren, die ein Schlüsselelement bei einer umfassenden Modernisierung des LHC ist, die 2030 in Betrieb gehen soll.
In diesem Sommer beginnt eine vierjährige intensive Arbeitsphase (Long Shutdown 3 – LS3), um den LHC in den bahnbrechenden Beschleuniger HiLumi LHC—a umzuwandeln, der eine neue Ära für die Hochenergiephysik einläuten wird. Der HiLumi-LHC wird die Anzahl der Teilchenkollisionen (genannt “luminosity”) um den Faktor zehn erhöhen und so das Volumen der für Forscher verfügbaren physikalischen Daten erheblich erhöhen. Dieser Sprung nach vorne wird es Physikern ermöglichen, das Verhalten des Higgs-Bosons und anderer Elementarteilchen mit beispielloser Präzision zu erforschen und seltene neue Phänomene aufzudecken, die sich offenbaren könnten.
“Ich glaube nicht, dass es möglich ist, die Bedeutung und Aufregung des High-Luminosity LHC zu überbewerten, dem größten Projekt des CERN seit 20 Jahren, erklärt Mark Thomson, Generaldirektor des CERN. “In Verbindung mit fortschrittlichen neuen Datentools und verbesserten Detektoren wird es uns ermöglichen, zum ersten Mal zu verstehen, wie das Higgs-Boson mit sich selbst interagiert. – eine Schlüsselmessung, die Aufschluss über die ersten Momente und das mögliche Schicksal des Universums geben wird. Der HiLumi LHC wird auch Neuland erkunden und könnte etwas völlig Neues und Unerwartetes enthüllen. Das ist der springende Punkt, das Unbekannte zu erforschen: Man weiß nicht, was es da draußen gibt.”
Viele der für den HiLumi LHC – entwickelten Technologien wie supraleitende Krabbenhohlräume, die die Teilchenstrahlen neigen, bevor sie kollidieren, Kristallkollimatoren, die fehlerhafte Teilchen entfernen sollen, und supraleitende Hochtemperatur-Elektroübertragungsleitungen, um die HiLumi-Magnete so effizient wie möglich anzutreiben – wurden noch nie zuvor in einem Protonenbeschleuniger verwendet. Unter diesen neuen Schlüsseltechnologien bestehen die inneren Triplett-Strahlfokussierungsmagnete aus einer supraleitenden Verbindung auf Basis von Niob und Zinn (Nb3Sn), wodurch Magnetfelder ermöglicht werden, die höher sind als die, die mit den aktuellen LHC-Niobium–titan-Magneten (NbTi) erreicht werden. Diese neuen Magnete werden auf beiden Seiten der ATLAS- und CMS-Experimente zusammen mit neuen Kryo-, Antriebs-, Schutz- und Ausrichtungssystemen eingesetzt und werden wie die LHC-Magnete bei einer Temperatur von 1,9 K (-271,3 °C) betrieben.
Um eine nahtlose Integration zu gewährleisten, hat das CERN in einer oberirdischen Testhalle einen vollwertigen Teststand namens Inner Triplet String (IT String) gebaut, der die unterirdische Konfiguration widerspiegelt.
“Alle Systeme wurden bereits einzeln getestet. Das Ziel des IT String ist es, ihre Integration und ihre kollektive Leistung unter betrieblichen Bedingungen zu validieren, erklärt Oliver Brüning, CERN-Direktor für Beschleuniger und Technologie. “Der Anschluss und Betrieb aller Geräte im IT-String gibt uns die Möglichkeit, unsere Abläufe vor der eigentlichen Installation im Tunnel zu optimieren, sodass wir für eine effiziente und reibungslose Installation während LS3.” vorbereitet und bereit sind
Während LS3 werden auch die großen LHC-Experimente ATLAS und CMS einer umfassenden Modernisierung unterzogen, um das volle wissenschaftliche Potenzial der HiLumi LHC-Kollisionen –-Arbeit zu nutzen, die in enger Abstimmung mit Hunderten von Instituten weltweit durchgeführt wird. Darüber hinaus werden der gesamte Beschleunigerkomplex und die damit verbundenen Experimente von Verbesserungen profitieren und die Führungsrolle des CERN in der Hochenergiephysik festigen.
Das HiLumi LHC-Projekt wird vom CERN mit Unterstützung einer internationalen Zusammenarbeit von fast 50 Instituten in mehr als 20 Ländern geleitet, von denen sich die überwiegende Mehrheit in Europa befindet. Zusätzlich zu den von den CERN-Mitgliedstaaten und assoziierten Mitgliedstaaten bereitgestellten Mitteln erhielt das Projekt Sonderbeiträge von Italien, Spanien, Schweden, dem Vereinigten Königreich, Serbien und Pakistan sowie von mehreren Nichtmitgliedstaaten wie den Vereinigten Staaten, Japan, Kanada und China.
Die Abklingzeit des HiLumi LHC-Teststrings, die mit einem hochentwickelten Flüssig-Helium-Kühl- und -Verteilungssystem erreicht wird, wird voraussichtlich mehrere Wochen dauern.
