要約:
欧州原子核研究センター (CERN) は、大型ハドロン衝突型加速器 (LHC) の最も重要なアップグレード ラウンドを正式に開始しました。最初の磁石の接続が切断されたため、世界最大の粒子加速器は分解と交換の段階に入り、将来の「高輝度大型ハドロン衝突型加速器」（HiLumi LHC）の時代への道が開かれました。
大型ハドロン衝突型加速器は長さ 27 キロメートルで、フランスとスイスの地下国境を取り囲んでいます。内部には、双極子磁石、四極子磁石、六極子磁石、八極子磁石、十極子磁石など、数千種類の超電導磁石が配置されています。これらの磁石は、粒子ビームを誘導、制御、圧縮するという重要な役割を分担します。
最も重要なタイプの装置は、「内部 3 極磁石セット」と呼ばれます。大型ハドロン衝突型加速器の4つの主要な実験装置の両側に設置された3つの四極磁石で構成されています。その役割は、粒子が検出器に入って衝突する前に、粒子ビームをできるだけ小さな範囲に圧縮することです。
粒子ビームがより強く圧縮されるほど、衝突の可能性が高くなります。この衝突が起こる頻度を「明るさ」といいます。素粒子物理学の実験では、輝度が高いほどより多くのデータを取得できるため、科学者は宇宙の最も基本的な物理法則をより深く研究することができます。
将来の高輝度動作目標を達成するには、既存の内部 3 極磁石を新世代のより強力なデバイスに置き換える必要があります。この運用は、第三次長期停止保守計画（LS3）の中核プロジェクトの一つです。
今月、エンジニアリング チームは磁石の接続の最初のセットを切断し、磁石の交換作業が正式に開始されました。 CERNのマーク・トムソン事務局長も、この重要なノードを視察するために、ATLAS実験領域があるLHCの最初のポイントを特別に訪れました。
プロジェクト計画によると、将来的には大型ハドロン衝突型加速器に 16 台のクライオスタット システムと 28 台の極低温コンポーネントが設置される予定です。最初の新しい四極磁石は、2029 年初頭にトンネル内に輸送されて設置される予定です。
このアップグレードの最大のハイライトは、新世代の超電導磁石技術によるものです。
現在稼働している内部 3 極磁石は主にニオブチタン超電導材料を使用していますが、将来の新しい装置ではより高度なニオブ錫超電導コイルが使用される予定です。この材料を使用した新しい磁石は、既存の装置よりも約 40% 高い最大 11.3 テスラの磁場強度を生成できます。
磁場が強いということは、粒子ビームがさらに圧縮される可能性があり、衝突の頻度が大幅に増加することを意味します。これは、高輝度大型ハドロン衝突型加速器プログラムの中核となる目標です。
設計指標によると、アップグレードされたシステムにより、ATLAS と CMS の 2 つの主要な実験で、現段階よりもはるかに多くのデータを取得できるようになります。研究者らは今後数年で、このデータを利用してヒッグス粒子の特性をより正確に測定し、暗黒物質の兆候を探索し、標準模型を超えた新しい物理現象を探索したいと考えている。
すべての実験領域で内部の三極磁石の交換が必要なわけではないことに注意してください。
ALICE と LHCb の実験は、ATLAS や CMS とは異なる研究目標と運用方法を持っているため、既存の内部三極磁石は引き続き維持されます。ただし、これらの実験は、将来の全体的な明るさの向上を最大限に活用するために、付随する改善の対象となります。
9 月初旬以来、エンジニアリング チームは ATLAS と CMS 近くの大型加速器コンポーネントを徐々に解体してきました。今回撤去された設備には、改修計画に関わる炉心の3極システムを含む28個の超電導磁石が含まれていた。
CERN は、このアップグレードは大型ハドロン衝突型加速器の歴史の中で最も複雑な大規模改修プロジェクトの 1 つであると述べました。解体作業が正式に始まると、人類がヒッグス粒子を発見するのを助けたこの科学装置は徐々に高輝度の新時代に移行し、今後数十年間の基礎物理学研究により強力な実験能力を提供することになる。
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