跃进！大型强子对撞机升级项目获美国能源部批准 粒子碰撞次数为目前10倍

据费米实验室（Fermilab）官网，美国能源部已经正式批准了在8个美国机构开始实施的高亮度LHC加速器升级项目AUP（Accelerator Upgrade Project）。

这项被称为“关键决定3”(Critical Decision 3，简称CD-3)的批准，是美国能源部对全面推进美国对欧洲核子研究中心(CERN)大型强子对撞机(Large Hadron Collider，简称HL-LHC)高光度升级项目的贡献的认可。

费米实验室（Fermilab）领导了美国方面的升级工作，包括两项尖端技术：加速器磁铁和空腔。在HL-LHC加速器升级项目(AUP)下，美国的合作者将贡献16个磁铁，在对撞前将LHC的近光速粒子束显著地集中在一个很小的体积上。合作者们还贡献了8个超导腔，这是一种用来操纵强力光束的射频设备。(他们还将提供四个备用磁铁和两个备用空腔。)

有了CD-3的批准，AUP的合作者现在可以全速推进建造和交付关键组件。这些新仪器将使未来的HL-LHC在粒子碰撞次数方面实现巨大的飞跃，达到目前LHC的10倍。

对大型强子对撞机的高亮度升级，将使物理学家能够更详细地研究希格斯玻色子等粒子。碰撞次数的增加，也可能揭示罕见的物理现象或新物理的迹象。

获得能源部的支持，并推进全面生产是一个巨大的成就。

AUP是由美国能源部科学办公室支持的。AUP团队由6个美国实验室和2所大学组成，分别是：费米实验室、布鲁克海文国家实验室、劳伦斯伯克利国家实验室、SLAC国家加速器实验室、托马斯杰弗逊国家加速器工厂(所有美国能源部国家实验室)、国家强磁场实验室、欧道明大学（Old Dominion University）和佛罗里达大学。

与之前的技术相比，AUP磁铁使用由铌锡制成的导体来产生更强的磁场。这些创下世界纪录的磁铁将在HL-LHC中首次亮相：它的运行，将是美国制造的铌锡磁铁首次用于粒子物理研究的粒子加速器。

这16块磁铁将被安装在8个冷冻组件中——冷却和外壳单元，使磁铁具有超导性。

AUP的加速器空腔由铌元素构成，是一种被称为“蟹状空腔”（crab cavities）的类型，它以一种特定的方式操纵光束，以增加粒子碰撞的可能性。尽管费米实验室高性能超导腔已经在德国LCLS-II XFE、SLAC国家加速器实验室的LCLS-II 等加速器上应用，但HL-LHC这种“蟹状空腔”设备与技术的操作，将成为费米实验室超导射频技术的应用“首秀”。

HL-LHC的AUP磁铁和空腔将被安置在LHC的两个碰撞点附近——ATLAS和CMS粒子探测器。这些巨大的、有几层楼高的仪器也正在升级，以充分利用HL-LHC更快速的碰撞。

目前，费米实验室、布鲁克海文国家实验室和劳伦斯伯克利国家实验室正在建造该组件，并计划在2021年末开始交付第一个磁体冷冻组件，用于关键测试。从2025年到2027年初，组件将安装在HL-LHC中。HL-LHC预计将于2027年开始运行，并一直运行到本世纪30年代。

译/前瞻经济学人APP资讯组

参考来源：https://news.fnal.gov/2021/02/hl-lhc-accelerator-upgrade-project-receives-approval-to-move-full-speed-ahead-from-department-of-energy/