Enquanto o LHC está no início de uma nova temporada de coleta de dados, cientistas e engenheiros de todo o mundo estão trabalhando duro para desenvolver novos ímãs para a atualização do LHC, o LHC de alta luminosidade (HL-LHC).

De fato, para esta atualização, mais de um quilômetro da máquina do LHC precisa ser substituído. A instalação começará em 2024, e haverá cerca de 100 ímãs de 11 novos tipos:quatro tipos de ímãs principais (ímãs dipolo e quadrupolo que dobram e focalizam os feixes), e sete tipos diferentes de ímãs de correção.

Em particular, os novos principais ímãs quadrupolo, que ficará nas regiões de inserção em ambos os lados dos detectores ATLAS e CMS, explorar uma tecnologia inovadora chave fornecendo campos além de 10 Tesla. Eles são feitos de nióbio-estanho (Nb3Sn), usando um design exclusivo que permite que a intensidade do campo magnético de pico seja aumentada em cerca de 50% em comparação com os dipolos atuais do LHC, trazendo de cerca de oito para cerca de 12 tesla (T). Eles vão comprimir os feixes antes das colisões, substituindo os quadrupolos nos trigêmeos do LHC. Esses ímãs contribuirão para aumentar a luminosidade integrada do HL-LHC - o número total de colisões - até um fator de 10 além do valor do projeto do LHC.

Os novos ímãs quadrupolo estão sendo desenvolvidos no âmbito de uma colaboração entre o CERN e o consórcio LHC-AUP (LHC Accelerator Upgrade Project), que envolve três laboratórios dos EUA. Dois tipos desses novos ímãs quadrupolo de dois comprimentos diferentes (4,5 metros nos EUA e 7,5 metros no CERN) estão sendo desenvolvidos.

Agora, a fase de design foi concluída, os ímãs principais estão em fase de protótipo. Dado o alto custo dos materiais dos ímãs, os testes são feitos em modelos menores (1,5 metros) para avaliar a estabilidade do projeto e da estrutura mecânica. Um dos principais problemas dos ímãs Nb3Sn é o gerenciamento das contrações térmicas, porque os materiais que compõem o ímã precisam passar por mudanças bruscas, de ser aquecido a 650 ° C para fazer o supercondutor, e então resfriado a temperaturas criogênicas - necessárias para que os ímãs funcionem em um estado supercondutor.

Ano passado, um quadrupolo modelo curto de 1,5 metros de comprimento, feito de duas bobinas do consórcio LARP (LHC Accelerator Research Program) e duas do CERN, foi testado nos Estados Unidos, atingindo um campo magnético de pico de 13 T. Outro modelo curto, com três bobinas feitas no CERN e uma nos EUA, também foi testado no CERN no final do ano, para verificar a reprodutibilidade do desempenho. Alcançou um campo de pico de 12,2 T, acima do campo magnético nominal, mas alguns décimos de tesla abaixo da meta de desempenho final. Outra iteração da montagem será feita no segundo semestre do ano. Um terceiro modelo curto dos trigêmeos em cada lado do ATLAS e CMS, e o primeiro com um conjunto homogêneo de bobinas, em breve será testado no CERN. Será um teste importante para validar muitos recursos do projeto quadrupolo.

Em janeiro de 2017, uma bobina de 4,5 metros de comprimento total - um comprimento que quebra o recorde mundial, para um ímã Nb3Sn em um acelerador - foi testado no Laboratório Nacional de Brookhaven dos EUA e atingiu o valor de campo nominal de 13,4 T.

Enquanto isso, no CERN, o enrolamento de bobinas de 7,15 metros de comprimento já começou no edifício Large Magnet Facility. "Escalar de um a sete metros não é uma tarefa trivial, e é um dos principais desafios tecnológicos deste projeto, "diz Ezio Todesco, um físico na seção de Tecnologia e Design de Magnetos de SC, nos ímãs, Grupo de supercondutores e criostatos do departamento de tecnologia, que está liderando o trabalho para o projeto HL-LHC que trata de ímãs para as regiões de inserção. “Entre o final deste ano e o final do próximo ano, vamos testar os primeiros protótipos completos. Teremos então a confirmação de que eles funcionam conforme o esperado, e ver se alguma iteração de design é necessária, " ele adiciona.