Η έγκριση, γνωστή ως Κρίσιμη Απόφαση 3, ή CD-3, είναι η έγκριση από την DOE για να συνεχίσει την πλήρη παραγωγή της συνεισφοράς των ΗΠΑ στην αναβάθμιση υψηλής φωτεινότητας του Large Hadron Collider, ή HL-LHC, στο Ευρωπαϊκό εργαστήριο CERN.
Η Fermilab ηγείται της προσπάθειας αναβάθμισης των ΗΠΑ, η οποία περιλαμβάνει δύο τεχνολογίες αιχμής: μαγνήτες επιταχυντών και κοιλότητες. Σύμφωνα με το Πρόγραμμα Αναβάθμισης Επιταχυντή HL-LHC ή το AUP, οι συνεργάτες των ΗΠΑ θα συνεισφέρουν 16 μαγνήτες για να εστιάσουν δραματικά τις ακτίνες σωματιδίων μικρής ταχύτητας του LHC σε ένα μικρό όγκο πριν συγκρούσουν. Οι συνεργάτες συνεισφέρουν επίσης οκτώ υπεραγωγικές κοιλότητες, συσκευές ραδιοσυχνοτήτων που έχουν σχεδιαστεί για να χειρίζονται τις ισχυρές δέσμες. (Θα παρέχουν επίσης τέσσερις εφεδρικούς μαγνήτες και δύο εφεδρικές κοιλότητες.)
Με την έγκριση του CD-3, οι συνεργάτες της AUP μπορούν πλέον να μετακινούνται με πλήρη ταχύτητα και να προσφέρουν τα κρίσιμα στοιχεία. Τα νέα όργανα θα επιτρέψουν ένα τεράστιο άλμα στον αριθμό συγκρούσεων σωματιδίων στο μελλοντικό HL-LHC, μια 10πλάσια αύξηση σε σύγκριση με τον τρέχοντα LHC.
Η αναβάθμιση υψηλής φωτεινότητας στο Large Hadron Collider θα επιτρέψει στους φυσικούς να μελετήσουν λεπτομερέστερα σωματίδια όπως το μποζόνιο Higgs. Και η αύξηση του αριθμού των συγκρούσεων θα μπορούσε επίσης να αποκαλύψει σπάνια φαινόμενα φυσικής ή σημάδια νέας φυσικής.
«Η απόκτηση της έγκρισης της DOE για πλήρη παραγωγή είναι ένα τεράστιο επίτευγμα. Γνωρίζοντας τι σημαίνει για το μέλλον της σωματιδιακής φυσικής – για τη νέα φυσική που θα αποκαλύψει το HL-LHC και για μελλοντικούς επιταχυντές που ενεργοποιούνται από αυτές τις τεχνολογίες – το καθιστά ακόμη πιο ευχάριστο “, δήλωσε ο Giorgio Apollinari, επιστήμονας Fermilab και το έργο HL-LHC AUP διευθυντής. «Συγχαίρω ολόκληρη την ομάδα του AUP για το ορόσημο. Έχουν συμβάλει στην εξασφάλιση της ανάπτυξης και των τεχνικών επιτυχιών των τεχνολογιών αιχμής που απαιτούνται για το HL-LHC. “
Το AUP υποστηρίζεται από το DOE Office of Science. Η ομάδα AUP αποτελείται από έξι αμερικανικά εργαστήρια και δύο πανεπιστήμια: Fermilab, Brookhaven National Laboratory, Lawrence Berkeley National Laboratory, SLAC National Accelerator Laboratory, Thomas Jefferson National Accelerator Facility (όλα τα εθνικά εργαστήρια DOE), το National High Magnetic Field Laboratory, Old Dominion University και το Πανεπιστήμιο της Φλόριντα.
Οι μαγνήτες AUP χρησιμοποιούν αγωγούς κατασκευασμένους από κασσίτερο νιοβίου για τη δημιουργία ισχυρότερου μαγνητικού πεδίου σε σύγκριση με την προηγούμενη τεχνολογία. Αυτοί οι μαγνήτες καθορισμού παγκόσμιου ρεκόρ θα κάνουν το ντεμπούτο τους στο HL-LHC: Η λειτουργία του θα είναι η πρώτη φορά που οι μαγνήτες κασσίτερου νιοβίου που κατασκευάζονται από τις ΗΠΑ θα χρησιμοποιηθούν σε επιταχυντή σωματιδίων για έρευνα φυσικής σωματιδίων.
Οι 16 μαγνήτες θα εγκατασταθούν σε οκτώ κρυοσυγκροτήματα – μονάδες ψύξης και θήκης που επιτρέπουν την υπεραγωγιμότητα των μαγνητών.
«Είναι πολύ συναρπαστικό να βλέπουμε αυτήν την τεχνολογία αιχμής μαγνήτη, η οποία επιτρέπει την πρωτοποριακή επιστήμη στο LHC, να εισέλθει στη φάση παραγωγής μετά τις επιτυχημένες δοκιμές των πρώτων μαγνητών μας και με την έγκριση του CD-3», δήλωσε ο επιστήμονας Kathleen Amm, ο εκπρόσωπος του Brookhaven για το πρόγραμμα επιτάχυνσης αναβάθμισης και διευθυντής του τμήματος Magnet του Brookhaven. «Το απίστευτο ταλέντο σε όλα τα εθνικά εργαστήριά μας που λειτουργεί άψογα το έκανε αυτό δυνατό».
Οι κοιλότητες επιταχυντή AUP, κατασκευασμένες από νιόβιο, είναι ένας τύπος γνωστός ως «κοιλότητες καβουριού», χειρίζοντας τη δέσμη με έναν συγκεκριμένο τρόπο για να αυξήσει την πιθανότητα συγκρούσεων σωματιδίων. Ενώ οι υπεραγωγικές κοιλότητες υψηλής απόδοσης του Fermilab έχουν ήδη χρησιμοποιηθεί σε επιταχυντές όπως το XFEL στη Γερμανία ή το LCLS-II στο Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντή SLAC, η λειτουργία αυτών των κοιλοτήτων καβουριών στο HL-LHC θα είναι η πρώτη εφαρμογή του υπεραγωγού Fermilab. τεχνολογία ραδιοσυχνοτήτων – βασισμένη σε κρίσιμες συνεισφορές από το Jefferson Lab, το παλιό πανεπιστήμιο Dominion, το SLAC και τους βιομηχανικούς εταίρους – σε έναν επιταχυντή ειδικά για σωματιδιακή φυσική.
Στο Large Hadron Collider, δέσμες πρωτονίων κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις γύρω από την περιφέρεια των 17 μιλίων του συγκροτητή, συγκρούονται με υψηλές ενέργειες σε τέσσερα συγκεκριμένα σημεία αλληλεπίδρασης στην πορεία. Οι επιστήμονες μελετούν τις συγκρούσεις για να κατανοήσουν καλύτερα τα συστατικά της φύσης και να αναζητήσουν εξωτικές καταστάσεις ύλης, όπως η σκοτεινή ύλη.
Οι μαγνήτες και κοιλότητες HL-LHC AUP θα τοποθετηθούν κοντά σε δύο από τα σημεία σύγκρουσης του LHC – τους ανιχνευτές σωματιδίων ATLAS και CMS. Αυτά τα γιγαντιαία όργανα υψηλής ιστορίας αναβαθμίζονται επίσης για να επωφεληθούν πλήρως από τις πιο γρήγορες συγκρούσεις του HL-LHC.
Κατά τη διάρκεια του Έργου Αναβάθμισης Επιταχυντή HL-LHC, η ομάδα του AUP σημείωσε μια επιτυχία μετά την άλλη, χτυπώντας τόσο τεχνολογικά όσο και ορόσημα έργου σύμφωνα με το χρονοδιάγραμμα που καθιερώθηκε το 2015, λέει ο Apollinari. Ο πρώτος μαγνήτης εστίασης της συνεργασίας των ΗΠΑ, που ολοκληρώθηκε πέρυσι, πληρούσε ή ξεπέρασε τις προδιαγραφές.
«Η οικοδόμηση ενός τόσο φιλόδοξου μηχανήματος απαιτεί όχι μόνο όραμα αλλά και πειθαρχία για την υλοποίησή του – στενός, διαφανής, σεβαστός συντονισμός με τους εταίρους, συμπεριλαμβανομένων των οργανισμών χρηματοδότησης και των ανεξάρτητων κριτικών», δήλωσε ο Apollinari. «Το επίτευγμα δεν είναι μόνο ότι λάβαμε έγκριση CD-3, αλλά και πώς φτάσαμε εδώ. Επιτύχαμε τους στόχους μας σε ένα χρονοδιάγραμμα που καταγράφηκε πριν από πέντε χρόνια. Αυτό χάρη στην απίστευτη ομαδική εργασία όλων των εμπλεκομένων. “
Το Fermilab, το Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven και το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley κατασκευάζουν επί του παρόντος τα εξαρτήματα και σχεδιάζουν να ξεκινήσουν την παράδοση της πρώτης κρυοσυναρμολόγησης μαγνητών μέχρι τα τέλη του 2021 για κρίσιμες δοκιμές. Τα εξαρτήματα θα εγκατασταθούν στο HL-LHC από το 2025 έως τις αρχές του 2027. Το HL-LHC αναμένεται να ξεκινήσει τη λειτουργία του το 2027 και να διαρκέσει μέχρι το 2030.
«Το HL-LHC είναι μια πραγματικά παγκόσμια επιστημονική και μηχανική επιχείρηση που θα εγκαινιάσει μια νέα εποχή έρευνας και ανακάλυψης στη φυσική των σωματιδίων. Το AUP διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο στο να καταστεί αυτό δυνατό », δήλωσε ο διευθυντής του Fermilab, Nigel Lockyer. “Οι τεχνολογίες που αναπτύχθηκαν από την AUP θα είναι σημαντικές όχι μόνο για τη λειτουργία του HL-LHC, αλλά και για τη βιωσιμότητα των μελλοντικών συγκρούσεων αδρονίου και του μέλλοντος του πεδίου των σωματιδίων – πέρα από το τέλος της λειτουργίας του HL-LHC.”