Resumo:
O Centro Europeu de Pesquisa Nuclear (CERN) lançou oficialmente a mais importante rodada de atualizações do Grande Colisor de Hádrons (LHC). Quando a primeira conexão magnética foi cortada, o maior acelerador de partículas do mundo começou a entrar na fase de desmontagem e substituição, abrindo caminho para a era futura do “Grande Colisor de Hádrons de Alto Brilho” (HiLumi LHC).
O Grande Colisor de Hádrons tem 27 quilômetros de extensão e circunda a fronteira subterrânea da França e da Suíça. Milhares de tipos diferentes de ímãs supercondutores são implantados em seu interior, incluindo ímãs dipolo, ímãs quadrupolo, ímãs hexapolares, ímãs octupolo e ímãs decápolos. Esses ímãs compartilham a importante tarefa de guiar, controlar e comprimir o feixe de partículas.
O tipo de equipamento mais crítico é chamado de "conjunto magnético interno de três pólos". Eles consistem em três ímãs quadrupolos, instalados em ambos os lados dos quatro principais dispositivos experimentais do Grande Colisor de Hádrons. Sua função é comprimir o feixe de partículas em uma faixa tão pequena quanto possível antes que as partículas entrem no detector e colidam.
Quanto mais fortemente o feixe de partículas for comprimido, maior será a probabilidade de colisão. A frequência com que essas colisões ocorrem é chamada de “brilho”. Para experimentos de física de partículas, quanto maior o brilho, mais dados podem ser obtidos, ajudando os cientistas a estudar mais profundamente as leis físicas mais básicas do universo.
Para atingir as metas futuras de operação de alto brilho, os ímãs tripolares internos existentes devem ser substituídos por uma nova geração de dispositivos mais potentes. Esta operação é um dos projetos centrais do terceiro plano de manutenção de paralisação de longo prazo (LS3).
Este mês, a equipe de engenharia cortou o primeiro conjunto de conexões magnéticas, marcando o início oficial do trabalho de substituição do ímã. Mark Thomson, Diretor Geral do CERN, também fez uma viagem especial ao primeiro ponto do LHC onde está localizada a área experimental do ATLAS para testemunhar este importante nó.
De acordo com o plano do projeto, 16 sistemas criostáticos e 28 componentes criogênicos serão instalados no Grande Colisor de Hádrons no futuro. Espera-se que o primeiro dos novos ímãs quadrupolos seja transportado para o túnel e instalado no início de 2029.
O maior destaque desta atualização vem da nova geração de tecnologia de ímã supercondutor.
Os ímãs tripolares internos atualmente em operação usam principalmente materiais supercondutores de nióbio-titânio, enquanto novos equipamentos no futuro usarão bobinas supercondutoras de nióbio-estanho mais avançadas. Com esse material, o novo ímã pode gerar uma intensidade de campo magnético de até 11,3 Tesla, cerca de 40% superior aos equipamentos existentes.
Campos magnéticos mais fortes significam que os feixes de partículas podem ser ainda mais comprimidos, aumentando significativamente a frequência das colisões. Este é o objetivo principal do programa Grande Colisor de Hádrons de Alta Luminosidade.
De acordo com os indicadores de projeto, o sistema atualizado permitirá que os dois principais experimentos do ATLAS e do CMS obtenham muito mais dados do que no estágio atual. Nos próximos anos, os investigadores esperam utilizar estes dados para medir com mais precisão as propriedades do bóson de Higgs, procurar sinais de matéria escura e explorar novos fenómenos físicos além do Modelo Padrão.
É importante notar que nem todas as áreas experimentais requerem a substituição do ímã tripolo interno.
Como os experimentos ALICE e LHCb têm objetivos de pesquisa e métodos operacionais diferentes dos ATLAS e CMS, seus ímãs tripolos internos existentes continuarão a ser mantidos. No entanto, essas experiências ainda estarão sujeitas a melhorias para aproveitar ao máximo as futuras melhorias gerais de brilho.
Desde o início de setembro, a equipe de engenharia desmontou gradualmente grandes componentes de aceleradores próximos ao ATLAS e CMS. O equipamento removido desta vez incluía 28 ímãs supercondutores, incluindo o sistema tripolar do núcleo envolvido no projeto de atualização.
O CERN afirmou que esta atualização é um dos projetos de modificação em grande escala mais complexos da história do Grande Colisor de Hádrons. À medida que o trabalho de desmantelamento começa oficialmente, este dispositivo científico que ajudou a humanidade a descobrir o bóson de Higgs irá gradualmente avançar para uma nova era de alto brilho, proporcionando capacidades experimentais mais poderosas para a investigação em física básica nas próximas décadas.
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