美国布鲁克海文实验室高亮度大型强子对撞机升级取得阶段性进展

7月29日，欧洲核子研究中心大型强子对撞机(LHC)结束近期运行，进入为期四年的停机维护阶段。此次停机期间，LHC部分组件将拆解并重建，用于高亮度大型强子对撞机(HiLumi LHC)升级项目。美国能源部布鲁克海文国家实验室参与的加速器与探测器相关工作近日均取得重要生产里程碑。

大型强子对撞机通过让两束方向相反的质子束在近17英里长的环形轨道中加速并发生碰撞，帮助科学家研究物质基本结构。HiLumi LHC升级的核心目标，是显著提高单位时间内的粒子碰撞次数，即提升“亮度”，从而增加记录罕见相互作用的机会。

在加速器升级方面，布鲁克海文国家实验室与劳伦斯伯克利国家实验室、费米国家加速器实验室合作，研制用于HiLumi LHC的超导束聚焦磁体。新磁体采用铌锡材料，可承载更高电流并产生更强磁场，但材料更脆弱，对线圈绕制、热处理、安装和测试提出了很高要求。布鲁克海文国家实验室承担了线圈制造和低温测试等关键环节，测试在接近绝对零度的液氦环境中进行，每台磁体测试约需两个月。

据介绍，该团队已提前且在预算内完成24个磁体的制造。部分磁体现已成对安装在低温恒温器中，并在欧洲核子研究中心进行全面测试，相关测试预计于今年夏季完成。

探测器升级方面，布鲁克海文国家实验室作为ATLAS实验的美国主办实验室，参与设计和制造新型内层径迹探测器等关键部件。ATLAS探测器用于捕获粒子碰撞后产生的信号，其最内层径迹探测器因靠近碰撞点，需要适应HiLumi LHC带来的更高数据量和辐射水平。

布鲁克海文国家实验室为内层径迹探测器贡献的硅片面积接近650平方英尺，包含超过2000万个传感器。生产启动一年后，团队已完成并交付ATLAS所需组件总量的10%。项目人员表示，这一进展表明相关生产流程已得到验证，后续组件生产和交付有望加快。

布鲁克海文国家实验室方面认为，HiLumi LHC升级不仅将为粒子物理研究提供更高灵敏度的实验条件，也将为学生和青年科研人员提供从超导线圈制造到探测器测试等多方面训练，为未来对撞机项目储备技术能力。