p O projeto de atualização do Large Hadron Collider Accelerator dos EUA é a colaboração liderada pelo Fermilab de laboratórios dos EUA que, em parceria com o CERN e uma dúzia de outros países, está trabalhando para atualizar o Large Hadron Collider. O LHC AUP começou há pouco mais de dois anos e, em 11 de fevereiro, recebeu aprovações importantes, permitindo que o projeto faça a transição para suas próximas etapas. p Os projetos do Departamento de Energia dos EUA passam por uma série de análises e aprovações importantes, referido como "decisões críticas" que todo projeto deve receber. No início deste mês, a AUP obteve aprovação para ambas as decisões críticas 2 e 3b do DOE. CD-2 aprova a linha de base de desempenho - o escopo, custo e cronograma - para o AUP. Para manter essa programação, O CD-3b permite que o projeto receba os fundos e a aprovação necessários para comprar materiais básicos e produzir modelos de design finais de duas tecnologias até o final de 2019.

p O LHC, um acelerador de partículas com circunferência de 17 milhas na fronteira franco-suíça, esmaga dois feixes opostos de prótons para produzir outras partículas. Os pesquisadores usam os dados das partículas para entender como o universo opera na escala subatômica.

p Em sua configuração atual, na média, um surpreendente 1 bilhão de colisões ocorrem a cada segundo no LHC. As novas tecnologias desenvolvidas para o LHC irão aumentar esse número por um fator de 10. Este aumento na luminosidade - o número de interações próton-próton por segundo - significa que significativamente mais dados estarão disponíveis para experimentos no LHC. É também a razão por trás do novo nome do colisor, o LHC de alta luminosidade.

p “A necessidade de ir além do já excelente desempenho do LHC está na base do método científico, "disse Giorgio Apollinari, Cientista do Fermilab e gerente de projeto HL-LHC AUP. "O endosso e apoio recebido para esta contribuição dos EUA para o HL-LHC permitirá que nossos cientistas permaneçam na vanguarda da pesquisa na fronteira de energia."

p Físicos e engenheiros americanos ajudaram a pesquisar e desenvolver duas tecnologias para tornar essa atualização possível. A primeira atualização é para os ímãs que focam as partículas. Os novos ímãs contam com condutores de nióbio-estanho e podem exercer uma força mais forte sobre as partículas do que seus predecessores. Ao aumentar a força, as partículas em cada feixe são colocadas mais próximas, permitindo mais interações próton-próton nos pontos de colisão.

p A segunda atualização é um tipo especial de cavidade do acelerador. Cavidades são estruturas dentro dos colisores que transmitem energia ao feixe de partículas e os impulsionam para frente. Esta cavidade especial, chamada de cavidade de caranguejo, é usado para aumentar a sobreposição dos dois feixes de forma que mais prótons tenham uma chance de colidir.

p "Esta aprovação é um reconhecimento de 15 anos de pesquisa e desenvolvimento iniciados por um programa de pesquisa dos EUA e concluídos por este projeto, "disse Giorgio Ambrosio, Cientista do Fermilab e gerente de AUP do HL-LHC para ímãs.

p Os ímãs ajudam as partículas a girar

p Ímãs supercondutores de nióbio-estanho nunca foram usados ​​em um acelerador de partículas de alta energia como o LHC. Esses novos ímãs irão gerar um campo magnético máximo de 12 tesla, cerca de 50% a mais do que os ímãs de nióbio-titânio atualmente no LHC. Para comparação, o campo magnético de uma ressonância magnética varia de 0,5 a 3 tesla, e o campo magnético da Terra é de apenas 50 milionésimos de um tesla.

p Existem vários estágios para criar as bobinas de nióbio-estanho para os ímãs, e cada um traz seus desafios.

p Cada ímã terá quatro conjuntos de bobinas, tornando-o um quadrupolo. Juntas, as bobinas conduzem a corrente elétrica que produz o campo magnético do ímã. A fim de tornar o nióbio-estanho capaz de produzir um forte campo magnético, as bobinas devem ser cozidas em um forno e transformadas em um supercondutor. O principal desafio do nióbio-estanho é que a fase supercondutora é frágil. Semelhante ao espaguete cru, uma pequena quantidade de pressão pode quebrá-lo em dois se as bobinas não estiverem bem suportadas. Portanto, as bobinas devem ser manuseadas delicadamente a partir deste ponto.

p O AUP exige 84 bobinas, fabricado em 21 ímãs. O Fermilab vai fabricar 43 bobinas, e o Brookhaven National Laboratory em Nova York fabricará outros 41. Esses serão então entregues ao Lawrence Berkeley National Laboratory para serem transformados em ímãs aceleradores. Os ímãs serão enviados a Brookhaven para serem testados antes de serem enviados de volta ao Fermilab. Vinte ímãs bem-sucedidos serão inseridos em 10 recipientes, que são testados pelo Fermilab, e finalmente enviado para o CERN.

p Com a aprovação do CD-2 / 3b, A AUP espera ter o primeiro ímã montado em abril e testado em julho. Se tudo correr bem, este ímã poderá ser instalado no CERN.

p Cavidades de caranguejo para mais colisões

p Cavidades aceleram partículas dentro de um colisor, impulsionando-os para energias mais elevadas. Eles também formam as partículas em grupos:à medida que os prótons individuais viajam pela cavidade, cada um é acelerado ou desacelerado dependendo se eles estão abaixo ou acima de uma energia esperada. Este processo essencialmente classifica o feixe em coleções de prótons, ou grupos de partículas.

p HL-LHC dá um giro na cavidade típica com suas cavidades de caranguejo, cujo nome deve-se à forma como os feixes de partículas parecem se mover depois de passarem pela cavidade. Quando um cacho sai da cavidade, parece mover-se para o lado, semelhante a como um caranguejo anda. Esse movimento lateral é, na verdade, o resultado da cavidade do caranguejo girando os cachos de partículas à medida que eles passam.

p Imagine que uma bola de futebol seja na verdade um feixe de partículas. Tipicamente, você quer jogar uma bola de futebol para a frente, com a extremidade pontiaguda cortando o ar. O mesmo é verdadeiro para grupos de partículas; eles normalmente passam por um colisor como uma bola de futebol. Agora, digamos que você queira garantir que sua bola de futebol e outra bola de futebol colidam no ar. Em vez de jogar direto, você gostaria de lançar a bola de futebol de lado para maximizar o tamanho do alvo e, portanto, a chance de colisão.

p Claro, virar os cachos é mais difícil do que virar uma bola de futebol, como cada grupo não é um único, objeto rígido.

p Para tornar a rotação possível, as cavidades do caranguejo são colocadas antes e depois dos pontos de colisão em dois dos detectores de partículas no LHC, chamado ATLAS e CMS. Um campo elétrico alternado passa por cada cavidade e "inclina" o feixe de partículas de lado. Para fazer isso, a seção da frente do grupo recebe um "chute" para o lado no caminho e, antes de partir, a seção traseira recebe um "chute" para o lado oposto. Agora, o grupo de partículas parece uma bola de futebol de lado. Quando os dois grupos se encontram no ponto de colisão, eles se sobrepõem melhor, o que torna mais provável a ocorrência de uma colisão de partículas.

p Após o ponto de colisão, mais cavidades de caranguejo endireitam os cachos restantes, para que possam viajar pelo restante do LHC sem causar interações indesejadas.

p Com a aprovação do CD-2 / 3b, todas as matérias-primas necessárias para a construção das cavidades podem ser adquiridas. Dois protótipos de cavidades de caranguejo são esperados até o final de 2019. Assim que os protótipos forem certificados, o projeto buscará aprovação adicional para a produção de todas as cavidades destinadas ao túnel do LHC.

p Após mais testes, as cavidades serão enviadas para serem “tratadas”:colocadas em um recipiente de resfriamento. Uma vez que as cavidades cobertas passam por todos os critérios de aceitação, O Fermilab enviará todas as 10 cavidades revestidas para o CERN.

p "É fácil esquecer que esses avanços tecnológicos não beneficiam apenas os programas aceleradores, "disse Leonardo Ristori, Engenheiro do Fermilab e gerente de AUP do HL-LHC para cavidades de caranguejo. "A tecnologia do acelerador existia nas primeiras telas de TV e atualmente é usada em equipamentos médicos como ressonâncias magnéticas. Podemos não ser capazes de prever como essas tecnologias aparecerão na vida cotidiana, mas sabemos que esse tipo de empreendimento se espalha por todos os setores. "