Głównym celem modernizacji jest zwiększenie tzw. „jasności” LHC, czyli liczby zderzeń cząstek w jednostce czasu, aż dziesięciokrotnie. Dzięki temu fizycy będą mogli prowadzić bardziej precyzyjne eksperymenty i badać zjawiska, które dotychczas pozostawały poza zasięgiem instrumentów. To właśnie większa liczba zderzeń zwiększa szansę na wykrycie niezwykle rzadkich procesów fizycznych, mogących ujawnić nowe cząstki elementarne lub rzucić światło na tajemniczą ciemną materię.
Aby osiągnąć te ambitne cele, CERN zamierza zainstalować w akceleratorze zupełnie nową generację nadprzewodzących magnesów kwadrupolowych wykonanych ze stopu niobu i cyny. Są one zdolne do generowania pól magnetycznych o natężeniu do 11,3 tesli – znacznie więcej niż 8,3 tesli w obecnie wykorzystywanych w LHC magnesach. Silniejsze pole magnetyczne pozwala jeszcze bardziej skupić wiązki cząstek przed ich zderzeniem, co znacząco zwiększa efektywność eksperymentów.
Czytaj także: Fizyka dokonała tego, o czym marzyli alchemicy. Naukowcy właśnie zamienili ołów w cenny kruszec
Obecnie w CERN trwa uruchamianie specjalnego 95-metrowego stanowiska testowego IT String, które symuluje warunki panujące w zmodernizowanym zderzaczu. To pełnowymiarowe środowisko testowe pozwala inżynierom dokładnie sprawdzić działanie wszystkich systemów – od magnesów po układy zasilania i chłodzenia – zanim zostaną one zainstalowane w tunelu LHC.
Komponenty testowane w IT String to masywne, precyzyjnie wykonane obiekty o masie od 11 do 20 ton każdy. Aby mogły działać jako nadprzewodniki, muszą być schłodzone do temperatury 1,9 kelwina, czyli -271°C. To mniej niż temperatura próżni kosmicznej. Tylko w takich warunkach możliwe jest osiągnięcie nadprzewodnictwa, stanu, w którym prąd elektryczny przepływa bez oporu.
Naukowcy wskazują, że nie ma możliwości instalacji takich magnesów bez odpowiednich testów. Badacze muszą najpierw zaobserwować, a następnie zrozumieć precyzyjnie zachowanie całego układu w warunkach, z jakimi przyjdzie mu się zmierzyć podczas pracy w LHC. Badacze muszą opracować odpowiednie procedury instalacji wszystkich komponentów, tak aby zespół gotowy był do instalacji nowego sprzętu podczas trzeciego przestoju LHC.
Warto tutaj zwrócić uwagę na fakt, że badacze muszą tutaj skupić się szczególnie na kilkudziesięciu bardzo skomplikowanych połączeniach, którymi przewodzący będzie prąd o natężeniu aż 100 000 amperów. W tym celu konieczne jest zastosowanie specjalistycznych metod lutowania, które zapewniają absolutną niezawodność.
Czytaj także: Najmniejszy akcelerator cząstek na świecie. Jest miliony razy mniejszy od Wielkiego Zderzacza Hadronów i działa
Według planów testy będą prowadzone aż do jesieni. Najpierw badacze zajmą się instalacją wszystkich komponentów, a następnie przystąpią do długiego i żmudnego procesu chłodzenia całego układu do temperatury zbliżonej do zera absolutnego. Pierwszych testów magnesów można się spodziewać pod koniec roku.
Wychodzi zatem na to, że projekt HL-LHC może na nowo zdefiniować nasze rozumienie Wszechświata. Jeżeli wszystko pójdzie zgodnie z planem, już za kilka lat LHC wejdzie w nową fazę działania. To, co wtedy za jego pomocą odkryjemy, może wywrócić fizykę do góry nogami. Trzeba jednak jeszcze przez chwilę uzbroić się w cierpliwość.