Resumen:
El Centro Europeo para la Investigación Nuclear (CERN) ha lanzado oficialmente la ronda más importante de mejoras del Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Cuando se cortó la primera conexión magnética, el acelerador de partículas más grande del mundo comenzó a entrar en la etapa de desmontaje y reemplazo, allanando el camino para la futura era del "Gran Colisionador de Hadrones de Alto Brillo" (HiLumi LHC).
El Gran Colisionador de Hadrones tiene 27 kilómetros de largo y rodea la frontera subterránea de Francia y Suiza. En su interior se despliegan miles de tipos diferentes de imanes superconductores, incluidos imanes dipolares, imanes cuadrupolos, imanes hexapolares, imanes octupolos e imanes decapolos. Estos imanes comparten la importante tarea de guiar, controlar y comprimir el haz de partículas.
El tipo de equipo más crítico se llama "juego de imanes tripolares internos". Consisten en tres imanes cuadrupolares, que están instalados a ambos lados de los cuatro principales dispositivos experimentales del Gran Colisionador de Hadrones. Su trabajo es comprimir el haz de partículas en un rango lo más pequeño posible antes de que las partículas entren en el detector y colisionen.
Cuanto más comprimido esté el haz de partículas, mayor será la probabilidad de colisión. La frecuencia con la que ocurren estas colisiones se llama "brillo". En los experimentos de física de partículas, cuanto mayor es el brillo, más datos se pueden obtener, lo que ayuda a los científicos a estudiar más profundamente las leyes físicas más básicas del universo.
Para lograr futuros objetivos de funcionamiento de alto brillo, los imanes tripolares internos existentes deben ser reemplazados por una nueva generación de dispositivos más potentes. Esta operación es uno de los proyectos centrales del tercer plan de mantenimiento de paradas a largo plazo (LS3).
Este mes, el equipo de ingeniería cortó el primer conjunto de conexiones magnéticas, lo que marcó el inicio oficial del trabajo de reemplazo del imán. Mark Thomson, Director General del CERN, también realizó un viaje especial al primer punto del LHC donde se encuentra el área experimental ATLAS para presenciar este importante nodo.
Según el plan del proyecto, en el futuro se instalarán 16 sistemas criostatos y 28 componentes criogénicos en el Gran Colisionador de Hadrones. Se espera que el primero de los nuevos imanes cuadrupolares sea transportado al túnel e instalado a principios de 2029.
Lo más destacado de esta actualización proviene de la nueva generación de tecnología de imanes superconductores.
Los imanes tripolares internos actualmente en funcionamiento utilizan principalmente materiales superconductores de niobio-titanio, mientras que los nuevos equipos del futuro utilizarán bobinas superconductoras de niobio-estaño más avanzadas. Con este material, el nuevo imán puede generar una intensidad de campo magnético de hasta 11,3 Tesla, aproximadamente un 40% más que los equipos existentes.
Los campos magnéticos más fuertes significan que los haces de partículas se pueden comprimir aún más, lo que aumenta significativamente la frecuencia de las colisiones. Este es el objetivo principal del programa Gran Colisionador de Hadrones de Alta Luminosidad.
Según los indicadores de diseño, el sistema actualizado permitirá que los dos experimentos principales de ATLAS y CMS obtengan muchos más datos que en la etapa actual. En los próximos años, los investigadores esperan utilizar estos datos para medir con mayor precisión las propiedades del bosón de Higgs, buscar signos de materia oscura y explorar nuevos fenómenos físicos más allá del modelo estándar.
Vale la pena señalar que no todas las áreas experimentales requieren el reemplazo del imán tripolar interno.
Debido a que los experimentos ALICE y LHCb tienen objetivos de investigación y métodos operativos diferentes a los de ATLAS y CMS, se seguirán conservando sus imanes tripolares internos existentes. Sin embargo, estos experimentos seguirán estando sujetos a mejoras adicionales para aprovechar al máximo las futuras mejoras generales de brillo.
Desde principios de septiembre, el equipo de ingeniería ha desmantelado gradualmente grandes componentes del acelerador cerca de ATLAS y CMS. El equipo retirado esta vez incluía 28 imanes superconductores, incluido el sistema tripolar en el núcleo involucrado en el proyecto de actualización.
El CERN declaró que esta actualización es uno de los proyectos de modificación a gran escala más complejos en la historia del Gran Colisionador de Hadrones. A medida que comience oficialmente el trabajo de desmantelamiento, este dispositivo científico que ayudó a la humanidad a descubrir el bosón de Higgs pasará gradualmente a una nueva era de alto brillo, proporcionando capacidades experimentales más potentes para la investigación de la física básica en las próximas décadas.
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