ЦЕРН вывел на полную мощность новые сверхпроводящие магниты для БАК

Европейская организация по ядерным исследованиям (ЦЕРН) успешно завершила ключевой этап модернизации крупнейшего в мире ускорителя частиц — Большого адронного коллайдера (БАК). На стенде Inner Triplet (IT) String впервые выведены на полный рабочий ток сверхпроводящие магниты нового поколения. Это достижение приближает запуск обновлённого коллайдера, запланированный на 2030 год.

Испытания проводились в рамках проекта High-Luminosity Large Hadron Collider (HiLumi LHC). Его главная цель — существенно увеличить светимость установки, то есть частоту столкновений протонов. Благодаря этому учёные смогут собирать гораздо большие объёмы экспериментальных данных, что повысит шансы обнаружить редкие физические явления за пределами Стандартной модели.

Новые магниты: сильнее и точнее

Центральный элемент модернизации — квадрупольные магниты внутреннего триплета. В отличие от прежних магнитов на основе ниобия-титана, новые используют сверхпроводящие катушки из ниобий-олова (Nb₃Sn). Это позволило достичь напряжённости магнитного поля 11,3 тесла — примерно на 35% выше, чем у предшественников. Кроме того, диаметр апертуры вырос с 70 до 150 миллиметров, что обеспечивает более точную фокусировку встречных пучков частиц.

Во время испытаний магниты впервые достигли полного рабочего тока без возникновения квенча — внезапной потери сверхпроводящих свойств. Как отметили специалисты ЦЕРН, для сверхпроводящих магнитов обычно требуется серия тренировочных циклов, в ходе которых конструкция адаптируется к механическим нагрузкам. На ранних этапах это нередко приводит к квенчам при токах ниже расчётных. Однако новая система успешно сохранила предыдущие результаты тренировок и продемонстрировала отличную «память».

Комплексная проверка систем

Инженеры ЦЕРН вывели на рабочие режимы все 17 электрических контуров стенда IT String. В том числе — разделительный дипольный магнит, который будет разводить пучки частиц в разные стороны после столкновения. Он достиг требуемого рабочего тока всего за несколько тренировочных квенчей. Корректирующие магниты также успешно работали как по отдельности, так и совместно.

Параллельно специалисты проверили систему защиты магнитов. При необходимости она может безопасно отводить до 38 мегаджоулей накопленной магнитной энергии в жидкий гелий, охлаждённый до температуры около −271,3°C. В ходе испытаний также тестировались системы холодного питания, силовые преобразователи, средства обнаружения и защиты от квенча, криогенная и вакуумная установки, системы управления и юстировки.

Полученные результаты помогут оптимизировать процедуры запуска и эксплуатации будущего HiLumi БАК. Запуск обновлённого коллайдера запланирован на 2030 год. Ожидается, что с его помощью учёные смогут заглянуть за пределы Стандартной модели и, возможно, обнаружить частицы или взаимодействия, недоступные современным экспериментам.