الملخص:
أطلق المركز الأوروبي للأبحاث النووية (CERN) رسميًا أهم جولة من تحديثات مصادم الهادرونات الكبير (LHC). عندما انقطع الاتصال المغناطيسي الأول، بدأ أكبر مسرع جسيمات في العالم في الدخول في مرحلة التفكيك والاستبدال، مما مهد الطريق لعصر مستقبلي من "مصادم الهادرونات الكبير عالي السطوع" (HiLumi LHC).
يبلغ طول مصادم الهادرونات الكبير 27 كيلومترًا ويحيط بالحدود تحت الأرض بين فرنسا وسويسرا. يتم نشر الآلاف من الأنواع المختلفة من المغناطيسات فائقة التوصيل في الداخل، بما في ذلك المغناطيس ثنائي القطب، والمغناطيس الرباعي، والمغناطيس السداسي، والمغناطيس الثماني القطب، والمغناطيس ديكابول. تشترك هذه المغناطيسات في المهمة المهمة المتمثلة في توجيه شعاع الجسيمات والتحكم فيها وضغطها.
يسمى النوع الأكثر أهمية من المعدات "مجموعة المغناطيس الداخلي ثلاثي الأقطاب". وهي تتألف من ثلاثة مغناطيسات رباعية الأقطاب، مثبتة على جانبي الأجهزة التجريبية الأربعة الرئيسية لمصادم الهادرونات الكبير. وتتمثل مهمتها في ضغط شعاع الجسيمات إلى نطاق صغير قدر الإمكان قبل أن تدخل الجسيمات إلى الكاشف وتتصادم.
كلما تم ضغط شعاع الجسيمات بإحكام، زاد احتمال الاصطدام. ويسمى التردد الذي تحدث به هذه الاصطدامات "السطوع". بالنسبة لتجارب فيزياء الجسيمات، كلما زاد السطوع، أمكن الحصول على المزيد من البيانات، مما يساعد العلماء على دراسة القوانين الفيزيائية الأساسية للكون بشكل أعمق.
من أجل تحقيق أهداف التشغيل عالية السطوع في المستقبل، يجب استبدال المغناطيس الداخلي ثلاثي الأقطاب الحالي بجيل جديد من الأجهزة الأكثر قوة. تعد هذه العملية أحد المشاريع الأساسية في خطة صيانة إيقاف التشغيل الثالثة طويلة المدى (LS3).
في هذا الشهر، قام الفريق الهندسي بقطع المجموعة الأولى من التوصيلات المغناطيسية، إيذانًا بالبدء الرسمي لأعمال استبدال المغناطيس. كما قام مارك طومسون، المدير العام لـ CERN، برحلة خاصة إلى النقطة الأولى في LHC حيث تقع منطقة تجارب ATLAS ليشهد هذه العقدة المهمة.
وفقًا لخطة المشروع، سيتم تركيب 16 نظام ناظم البرد و28 مكونًا مبردًا في مصادم الهادرونات الكبير في المستقبل. ومن المتوقع أن يتم نقل أول مغناطيس رباعي الأقطاب الجديد إلى النفق وتركيبه في أوائل عام 2029.
إن أبرز ما يميز هذه الترقية يأتي من الجيل الجديد من تكنولوجيا المغناطيس فائق التوصيل.
تستخدم المغناطيسات الداخلية ثلاثية الأقطاب المستخدمة حاليًا بشكل أساسي مواد فائقة التوصيل من النيوبيوم والتيتانيوم، بينما ستستخدم المعدات الجديدة في المستقبل ملفات فائقة التوصيل أكثر تقدمًا من النيوبيوم والقصدير. باستخدام هذه المادة، يمكن للمغناطيس الجديد توليد قوة مجال مغناطيسي تصل إلى 11.3 تسلا، وهو أعلى بحوالي 40% من المعدات الموجودة.
تعني المجالات المغناطيسية الأقوى أنه يمكن ضغط حزم الجسيمات بشكل أكبر، مما يزيد بشكل كبير من تكرار الاصطدامات. هذا هو الهدف الأساسي لبرنامج مصادم الهادرونات الكبير عالي الإضاءة.
وفقًا لمؤشرات التصميم، سيمكن النظام المحدث التجربتين الرئيسيتين ATLAS وCMS من الحصول على بيانات أكثر بكثير مما كانت عليه في المرحلة الحالية. وفي السنوات القليلة المقبلة، يأمل الباحثون في استخدام هذه البيانات لقياس خصائص بوزون هيغز بدقة أكبر، والبحث عن علامات المادة المظلمة، واستكشاف ظواهر فيزيائية جديدة تتجاوز النموذج القياسي.
من الجدير بالذكر أنه ليست كل المناطق التجريبية تتطلب استبدال المغناطيس ثلاثي الأقطاب الداخلي.
نظرًا لأن تجارب ALICE وLHCb لها أهداف بحثية وطرق تشغيل مختلفة عن ATLAS وCMS، فسوف يستمر الاحتفاظ بمغناطيساتهم الثلاثية الداخلية الحالية. ومع ذلك، ستظل هذه التجارب خاضعة للتحسينات المصاحبة لتحقيق الاستفادة الكاملة من تحسينات السطوع الشاملة المستقبلية.
منذ أوائل سبتمبر، قام الفريق الهندسي بتفكيك مكونات المسرع الكبيرة تدريجيًا بالقرب من ATLAS وCMS. وتضمنت المعدات التي تمت إزالتها هذه المرة 28 مغناطيسًا فائق التوصيل، بما في ذلك النظام ثلاثي الأقطاب الموجود في القلب والمتضمن في مشروع الترقية.
ذكرت المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) أن هذه الترقية هي واحدة من أكثر مشاريع التعديل واسعة النطاق تعقيدًا في تاريخ مصادم الهادرونات الكبير. ومع بدء أعمال التفكيك رسميًا، سينتقل هذا الجهاز العلمي الذي ساعد البشرية على اكتشاف بوزون هيغز، تدريجيًا إلى عصر جديد من السطوع العالي، مما يوفر قدرات تجريبية أكثر قوة لأبحاث الفيزياء الأساسية في العقود القليلة المقبلة.
التعليقات