p Para construir a próxima geração de poderosos aceleradores de prótons, os cientistas precisam dos ímãs mais fortes possíveis para direcionar as partículas perto da velocidade da luz em torno de um anel. Para um determinado tamanho de anel, quanto maior a energia do feixe, mais fortes os ímãs do acelerador precisam ser para manter o feixe no curso. p Cientistas do Fermilab do Departamento de Energia anunciaram que alcançaram a maior força de campo magnético já registrada para um ímã de direção do acelerador, estabelecendo um recorde mundial de 14,1 teslas, com o ímã resfriado a 4,5 kelvins ou menos 450 graus Fahrenheit. O recorde anterior de 13,8 teslas, alcançado na mesma temperatura, foi realizada por 11 anos pelo Laboratório Nacional Lawrence Berkeley.

p Isso é um ímã mil vezes mais forte do que o ímã de geladeira que está segurando sua lista de compras na geladeira.

p A conquista é um marco notável para a comunidade da física de partículas, que está estudando projetos para um futuro colisor que poderia servir como um sucessor potencial para o poderoso Grande Colisor de Hádrons de 17 milhas em operação no laboratório do CERN desde 2009. Tal máquina precisaria acelerar prótons a energias várias vezes maiores do que aquelas no LHC.

p E isso exige ímãs de direção mais fortes do que os do LHC, cerca de 15 teslas.

p "Temos trabalhado para quebrar a parede de 14 tesla por vários anos, então chegar a este ponto é uma etapa importante, "disse o cientista do Fermilab Alexander Zlobin, quem lidera o projeto no Fermilab. "Conseguimos 14,1 teslas com nosso ímã demonstrador de 15 tesla em seu primeiro teste. Agora estamos trabalhando para extrair mais um tesla dele."

p O sucesso de um futuro colisor de hádrons de alta energia depende crucialmente de ímãs viáveis ​​de alto campo, e a comunidade internacional de física de alta energia está incentivando a pesquisa em direção ao ímã de nióbio-estanho de 15 tesla.

p No centro do design do ímã está um material supercondutor avançado chamado nióbio-estanho.

p A corrente elétrica que flui através dele gera um campo magnético. Como a corrente não encontra resistência quando o material é resfriado a uma temperatura muito baixa, não perde energia e não gera calor. Toda a corrente contribui para a criação do campo magnético. Em outras palavras, você obtém muito impacto magnético para o dinheiro elétrico.

p A força do campo magnético depende da força da corrente que o material pode suportar. Ao contrário do nióbio-titânio usado nos atuais ímãs do LHC, nióbio-estanho pode suportar a quantidade de corrente necessária para produzir campos magnéticos de 15 tesla. Mas o nióbio-estanho é frágil e suscetível a quebrar quando sujeito às enormes forças que atuam dentro de um ímã acelerador.

p Portanto, a equipe do Fermilab desenvolveu um projeto de ímã que reforçaria a bobina contra todas as tensões e tensões que ela pudesse encontrar durante a operação. Várias dezenas de fios redondos foram torcidos em cabos de uma certa maneira, permitindo-lhe atender às especificações elétricas e mecânicas exigidas. Esses cabos foram enrolados em bobinas e tratados termicamente em altas temperaturas por aproximadamente duas semanas, com um pico de temperatura de cerca de 1, 200 graus Fahrenheit, para converter os fios de nióbio-estanho em supercondutores em temperaturas de operação. A equipe envolveu várias bobinas em uma estrutura forte e inovadora composta por um jugo de ferro com grampos de alumínio e uma pele de aço inoxidável para estabilizar as bobinas contra as enormes forças eletromagnéticas que podem deformar as bobinas quebradiças, degradando assim os fios de nióbio-estanho.

p O grupo Fermilab levou em consideração todos os recursos de design conhecidos, e valeu a pena.

p Esta é uma grande conquista em uma tecnologia de capacitação chave para aceleradores circulares além do LHC, "disse Soren Prestemon, um cientista sênior do Berkeley Lab e diretor do multilaboratório U.S. Magnet Development Program, que inclui a equipe do Fermilab. "Este é um marco excepcional para a comunidade internacional que desenvolve esses ímãs, e o resultado foi recebido com entusiasmo por pesquisadores que usarão os feixes de um futuro colisor para avançar as fronteiras da física de alta energia. "

p E a equipa do Fermilab está preparada para deixar a sua marca no território dos 15 tesla.

p "Existem tantas variáveis ​​a serem consideradas ao projetar um ímã como este:os parâmetros de campo, fios e cabos supercondutores, estrutura mecânica e seu desempenho durante a montagem e operação, tecnologia magnética, e proteção do ímã durante a operação, "Zlobin disse." Todas essas questões são ainda mais importantes para ímãs com parâmetros de registro. "

p Nos próximos meses, o grupo planeja reforçar o suporte mecânico da bobina e testar novamente o ímã neste outono. Eles esperam atingir a meta de projeto de 15 tesla.

p E eles estão mirando ainda mais alto para um futuro mais distante.

p "Com base no sucesso deste projeto e nas lições que aprendemos, estamos planejando avançar o campo de ímãs de nióbio-estanho para futuros colidentes para 17 teslas, "Zlobin disse.

p Não para por aí. Zlobin diz que eles podem ser capazes de projetar ímãs de direção que alcançam um campo de 20 teslas usando inserções especiais feitas de novos materiais supercondutores avançados.

p Chame isso de meta de campo.

p O projeto é apoiado pelo Departamento de Energia Office of Science. É uma parte fundamental do Programa de Desenvolvimento de Íman dos EUA, que inclui o Fermilab, Laboratório Nacional de Brookhaven, Lawrence Berkeley National Laboratory e o National High Magnetic Field Laboratory.