Σύνοψη
- Το CERN έθεσε σε λειτουργία την κρυογονική ψύξη (-271,3 °C) μιας δοκιμαστικής διάταξης 95 μέτρων για τον νέο επιταχυντή.
- Η υποδομή αναπαριστά πλήρως το σύστημα μαγνητών εστίασης (Inner Triplet String) που θα εγκατασταθεί υπογείως.
- Το καλοκαίρι του 2026 ξεκινά το Long Shutdown 3 (LS3), μια τετραετής παύση για την εγκατάσταση του νέου εξοπλισμού.
- Η αναβάθμιση σε High-Luminosity LHC (HL-LHC) θα ολοκληρωθεί το 2030, δεκαπλασιάζοντας τον ρυθμό των συγκρούσεων σωματιδίων.
- Οι ανιχνευτές ATLAS και CMS αναβαθμίζονται παράλληλα, με ενεργή συμμετοχή της ελληνικής ερευνητικής κοινότητας.
Το κρίσιμο βήμα για τον High-Luminosity LHC
Το CERN ξεκίνησε την κρίσιμη φάση της ψύξης (-271,3 °C) μιας πειραματικής διάταξης 95 μέτρων στις εγκαταστάσεις του. Πρόκειται για την πλήρη αναπαράσταση του συστήματος μαγνητών εστίασης (Inner Triplet String) που θα τοποθετηθεί στον αναβαθμισμένο επιταχυντή High-Luminosity LHC (HL-LHC), με στόχο να δεκαπλασιάσει τον ρυθμό των συγκρούσεων πρωτονίων έως το 2030.
- Θερμοκρασία λειτουργίας: 1,9 Kelvin (-271,3 °C), οριακά πάνω από το απόλυτο μηδέν.
- Μήκος διάταξης δοκιμής (IT String): 95 μέτρα, ακριβές αντίγραφο του υπόγειου εξοπλισμού.
- Βασική τεχνολογία μαγνητών: Κράμα νιοβίου-κασσιτέρου (Nb3Sn) για ισχυρότερα μαγνητικά πεδία.
- Χρονοδιάγραμμα: Έναρξη εργασιών εγκατάστασης (LS3) το καλοκαίρι του 2026, κανονική λειτουργία το 2030.
Η μετάβαση από τον τρέχοντα Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στον High-Luminosity LHC αποτελεί το μεγαλύτερο έργο υποδομής του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Πυρηνικών Ερευνών τις τελευταίες δύο δεκαετίες. Η δοκιμή που μόλις ξεκίνησε, λειτουργεί ως ο απόλυτος έλεγχος ενσωμάτωσης. Οι μηχανικοί δεν δοκιμάζουν απλώς μεμονωμένα εξαρτήματα, αλλά ένα ενιαίο, διασυνδεδεμένο σύστημα που περιλαμβάνει μαγνήτες, κρυογονικές γραμμές, συστήματα τροφοδοσίας και μηχανισμούς προστασίας, ακριβώς όπως αυτά θα λειτουργούν στο υπόγειο τούνελ των 27 χιλιομέτρων. Η επίτευξη και η σταθεροποίηση της θερμοκρασίας του 1,9 Kelvin απαιτεί ένα εξαιρετικά περίπλοκο δίκτυο υγρού ηλίου και συστοιχίες ψυχρών συμπιεστών, μια διαδικασία που διαρκεί εβδομάδες.
Η αρχιτεκτονική του «Υπερ-Επιταχυντή»
Η αύξηση της φωτεινότητας (luminosity) – δηλαδή του αριθμού των δυνητικών συγκρούσεων ανά επιφάνεια και χρόνο – προϋποθέτει ριζικό ανασχεδιασμό του τρόπου με τον οποίο τα πρωτόνια καθοδηγούνται λίγο πριν συναντηθούν στους κεντρικούς ανιχνευτές. Η υπάρχουσα τεχνολογία του LHC βασίζεται σε υπεραγώγιμους μαγνήτες νιοβίου-τιτανίου (NbTi). Για τον HL-LHC, το CERN εισάγει υπεραγωγούς νιοβίου-κασσιτέρου (Nb3Sn), υλικό ικανό να υποστηρίξει ταχύτερα και πυκνότερα μαγνητικά πεδία, απαραίτητα για την αυστηρότερη εστίαση των δεσμών.
Παράλληλα, το σύστημα ενσωματώνει υπεραγώγιμες κοιλότητες "crab". Αυτές οι διατάξεις δεν επιταχύνουν τα σωματίδια, αλλά τους δίνουν μια εγκάρσια ώθηση, περιστρέφοντας τα πακέτα των πρωτονίων ώστε να μεγιστοποιηθεί η επιφάνεια επικάλυψης τη στιγμή της σύγκρουσης.
Στον εξοπλισμό προστίθενται επίσης νέοι κρυσταλλικοί κατευθυντήρες για την απομάκρυνση των σωματιδίων που αποκλίνουν από την κύρια δέσμη, προστατεύοντας έτσι τους ευαίσθητους υπεραγώγιμους μαγνήτες από ενδεχόμενη απώλεια ενέργειας που θα μπορούσε να προκαλέσει ανεπιθύμητη αύξηση της θερμοκρασίας.
Η διάταξη των 95 μέτρων που δοκιμάζεται τώρα στην επιφάνεια, θα εγκατασταθεί τελικά εκατέρωθεν των δύο μεγαλύτερων πειραμάτων του δικτύου: του ATLAS και του CMS. Η επιτυχία αυτής της κρυογονικής δοκιμής επικυρώνει τη βιωσιμότητα ολόκληρης της μηχανικής προσέγγισης, διασφαλίζοντας ότι τα εξαρτήματα μπορούν να διατηρήσουν τη δομική τους ακεραιότητα και την υπεραγωγιμότητά τους κάτω από ακραίες συνθήκες ψύχους.
Long Shutdown 3: Η τετραετής αναμονή
Η υλοποίηση ενός τέτοιου τεχνολογικού άλματος δεν μπορεί να γίνει με τον επιταχυντή σε λειτουργία. Το φετινό καλοκαίρι σηματοδοτεί την έναρξη του Long Shutdown 3 (LS3). Πρόκειται για μια προγραμματισμένη, τετραετή διακοπή της λειτουργίας του LHC, κατά τη διάρκεια της οποίας θα αντικατασταθούν περίπου 1,2 χιλιόμετρα του υφιστάμενου δακτυλίου με τον νέο, καινοτόμο εξοπλισμό.
Δύο τεράστια «ψυγεία» παραδόθηκαν ήδη στις υπόγειες στοές κοντά στο ATLAS και το CMS, αποτελώντας την καρδιά του νέου κρυογονικού συστήματος. Εκτός από τα κατασκευαστικά έργα στις σήραγγες του επιταχυντή, το διάστημα του LS3 θα αξιοποιηθεί για τη ριζική αναβάθμιση των ίδιων των ανιχνευτών (ATLAS, CMS, ALICE, LHCb), οι οποίοι πρέπει να προετοιμαστούν για να διαχειριστούν τον τεράστιο όγκο δεδομένων που θα παράγει ο HL-LHC.
Οταν ο νέος επιταχυντής τεθεί σε πλήρη λειτουργία το 2030, αναμένεται να παράγει περίπου 380 εκατομμύρια μποζόνια Higgs κατά τη διάρκεια του κύκλου ζωής του, συγκριτικά με τα περίπου 55 εκατομμύρια που έχουν παραχθεί από την αρχή της λειτουργίας του LHC. Αυτός ο τεράστιος όγκος δεδομένων θα επιτρέψει στους φυσικούς να μελετήσουν με πρωτοφανή ακρίβεια τις αλληλεπιδράσεις του σωματιδίου με τον εαυτό του και με άλλα θεμελιώδη συστατικά της ύλης, αναζητώντας αποκλίσεις από το Καθιερωμένο Πρότυπο (Standard Model) που θα μπορούσαν να υποδείξουν την ύπαρξη νέας φυσικής.
Με τη ματιά του Techgear
Η επίτευξη θερμοκρασιών κάτω από τους -271 βαθμούς Κελσίου σε μια διάταξη σχεδόν 100 μέτρων αποτελεί ένα αμιγώς κατασκευαστικό επίτευγμα που συχνά υποβαθμίζεται μπροστά στα αμιγώς επιστημονικά αποτελέσματα του CERN. Ο βαθμός δυσκολίας του να διατηρήσεις την υπεραγωγιμότητα σε βιομηχανική κλίμακα απαιτεί απόλυτη ανοχή στο σφάλμα.
Για την ελληνική πραγματικότητα, αυτή η εξέλιξη μεταφράζεται σε εντατικοποίηση των εργασιών στα εγχώρια πανεπιστήμια και ερευνητικά κέντρα (όπως το ΕΜΠ, το ΑΠΘ, το ΕΚΠΑ και ο Δημόκριτος). Οι Έλληνες ερευνητές διατηρούν παραδοσιακά ισχυρή παρουσία στα πειράματα ATLAS και CMS. Η αναβάθμιση του LHC στοχεύει στη δεκαπλάσια παραγωγή δεδομένων, κάτι που σημαίνει ότι οι ελληνικές ομάδες που ασχολούνται με την ανάλυση δεδομένων, την ανάπτυξη λογισμικού προσομοίωσης και τη δημιουργία υποσυστημάτων ανίχνευσης μπαίνουν τώρα στον πιο απαιτητικό κύκλο εργασιών τους.
