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在大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）正式進(jìn)入一個(gè)新的階段。今天，CERN的一個(gè)奠基儀式慶祝了高光度LHC（HL-LHC）土木工程的開始：CERN歷史上的一個(gè)新的里程碑。到2026年，這一重大升級(jí)將通過增加大型實(shí)驗(yàn)中的碰撞次數(shù)，從而大大提高LHC的性能，從而提高發(fā)現(xiàn)新物理現(xiàn)象的可能性。

大型強(qiáng)子對撞機(jī)在2010年開始碰撞粒子。在27公里的LHC環(huán)內(nèi)，一束質(zhì)子幾乎以光速行進(jìn)，并在四個(gè)相互作用點(diǎn)發(fā)生碰撞。這些碰撞產(chǎn)生了新的粒子，這些粒子由相互作用點(diǎn)周圍的探測器測量。通過分析這些碰撞，來自世界各地的物理學(xué)家正在加深對自然規(guī)律的理解。

盡管LHC每秒能夠產(chǎn)生高達(dá)10億個(gè)質(zhì)子與質(zhì)子的碰撞，但HL-LHC將會(huì)增加這個(gè)數(shù)量，物理學(xué)家將其稱為“光度”，增加5-7倍，允許大約10倍以上數(shù)據(jù)將在2026年和2036年之間累積。這意味著物理學(xué)家將能夠調(diào)查罕見現(xiàn)象并進(jìn)行更準(zhǔn)確的測量。例如，LHC允許物理學(xué)家挖掘希格斯玻色子因此在理解粒子如何獲得質(zhì)量方面取得了重大進(jìn)展。HL-LHC升級(jí)將允許更準(zhǔn)確地定義希格斯玻色子的屬性，并更精確地測量它如何產(chǎn)生，如何衰減以及它如何與其他粒子相互作用。此外，還將研究標(biāo)準(zhǔn)模型以外的情景，包括超對稱（SUSY），關(guān)于額外尺寸和夸克子結(jié)構(gòu)的理論（合成）。

“ 高亮度LHC將把LHC的覆蓋范圍擴(kuò)大到超出其最初使命，為發(fā)現(xiàn)帶來新的機(jī)遇，更精確地測量Higgs玻色子等粒子的屬性，并更深入地探索宇宙的基本組成部分，”他說。歐洲核研究組織總干事法比奧拉吉諾蒂。

HL-LHC項(xiàng)目開始作為一項(xiàng)涉及13個(gè)國家29個(gè)研究機(jī)構(gòu)的國際努力。該項(xiàng)目于2011年11月開始，兩年后被確定為歐洲粒子物理戰(zhàn)略的主要優(yōu)先事項(xiàng)之一，之后該項(xiàng)目于2016年6月獲得歐洲核研究組織理事會(huì)正式批準(zhǔn)。成功建立原型后，將構(gòu)建許多新的硬件元件并在未來幾年安裝。總體而言，目前超過1.2公里的機(jī)器將需要更換許多新的高科技部件，如磁鐵，準(zhǔn)直器和射頻腔。  

用于高亮度LHC的四極磁體原型

增加碰撞率的秘訣在于擠壓交互點(diǎn)處的粒子束，使得質(zhì)子與質(zhì)子碰撞的概率增加。為此，HL-LHC需要約130個(gè)新磁體，特別是24個(gè)新的超導(dǎo)聚焦四極桿來聚焦光束和四個(gè)超導(dǎo)偶極子。與目前LHC中使用的8.3特斯拉偶極子相比，四極子和偶極子都達(dá)到約11.5特斯拉的磁場。還將安裝16個(gè)全新的“螃蟹腔”，以最大限度地提高質(zhì)子束在碰撞點(diǎn)處的重疊。他們的功能是傾斜束，使他們似乎橫向移動(dòng) - 就像一只螃蟹。

提高大型強(qiáng)子對撞機(jī)整體亮度的另一個(gè)關(guān)鍵因素是提高機(jī)器的可用性和效率。為此，HL-LHC項(xiàng)目包括搬遷一些設(shè)備，使其更易于維護(hù)。磁體的功率轉(zhuǎn)換器因此將被移動(dòng)到單獨(dú)的畫廊中，通過新的創(chuàng)新超導(dǎo)電纜連接，能夠承載高達(dá)100kA的能量并且?guī)缀鯙榱恪?/p>

“ 歐洲核子研究中心的歷史和高光度的大膽性LHC為我們創(chuàng)造了一個(gè)新篇章，為未來打好基礎(chǔ)，”CERN加速器和技術(shù)總監(jiān)FrédérickBordry說?！?它將允許新的研究和新的創(chuàng)新技術(shù)，它也是未來加速器和社會(huì)新應(yīng)用的窗口。”

為了實(shí)現(xiàn)所有這些改進(jìn)，瑞士和法國需要在兩個(gè)主要地點(diǎn)進(jìn)行重大的土木工程工作。這包括建造新的建筑物，豎井，洞穴和地下畫廊。隧道和地下大廳將容納新的低溫設(shè)備，電力供應(yīng)系統(tǒng)和各種電力，冷卻和通風(fēng)設(shè)備。

在土木工程工作期間，LHC將繼續(xù)運(yùn)行，有兩個(gè)較長的技術(shù)停止時(shí)間段，可用于高光度的準(zhǔn)備和安裝以及每年定期維護(hù)活動(dòng)。在完成這次重大升級(jí)之后，預(yù)計(jì)LHC將從2026年起以高亮度模式生成數(shù)據(jù)。通過推動(dòng)加速器和探測器技術(shù)的發(fā)展，它也將為未來的高能加速器鋪平道路。