Estes super imãs quadrupolos vão aumentar em dez vezes a potência do LHC

Os pesquisadores do Cern descobriram a partícula do bóson de Higgs no ano passado, mas isso não significa que está na hora de encerrar as atividades do maior instrumento científico criado pela humanidade. Em vez disso, a comunidade científica tem planos para atualizar e equipar o Grande Colisor de Hádrons com sistemas maiores, melhores e mais potentes ao longo dos próximos anos. Como os imãs quadrupolos de região de interação (IRQM, na sigla em inglês) do Programa de Pesquisa do Acelerador LHC (LARP, na sigla em inglês), que pretende descobrir todos os segredos do bóson de Higgs.

As partículas se juntam em uma das quatro Regiões de Interação (IR, na sigla em inglês) dentro do Grande Colisor de Hádrons. O número de iterações geradas a partir de cada colisão (do qual você quer o maior número possível) é conhecida como luminosidade integrada. O Cern espera que o aumento da luminosidade integrada do colisor seja de 10x nos próximos 10 anos (o que é conhecido como Projeto de Alta Luminosidade do LHC), mas o processo é tecnicamente desafiador, para dizer o mínimo. Muitos dos equipamentos atualmente instalados no LHC são potentes o suficiente para o nível atual dos experimentos conduzidos, mas não dão conta de experimentos com mais energia previstos para o futuro. Como o IRQM, por exemplo.

O resultado imediato dessas regiões de interação é um imã quadrupolo (quadrupolo como em “quatro pólos”). Estes dispositivos ajudam a focalizar raios de partículas uns para os outros através da geração de um grande campo eletromagnético. A geração atual de IRQMs foi construída com nióbio titânio, o Matusalém dos materiais supercondutores, e a partir do qual quase todas as tecnologias de materiais supercondutores são criadas. O problema é que o nióbio-titânio não é forte o suficiente para suportar as altíssimas temperaturas e a radiação produzidas pelos experimentos de alta energia necessários para decifrar o bóson de Higgs. E qualquer pequena falha dentro da estrutura do imã em si vai prejudicar a capacidade de supercondução e os prótons que fluem através do material vão parar instantaneamente (isso é chamado de “resfriamento”).

Mas os novos IRQMs do LARP são diferentes. Chamados de HQ02a (que significa algo ainda mais complicado), eles são feitos de nióbio-estanho. A nova geração de materiais supercondutores foi projetada, assim como todos os imãs do LHC, para rodar um superfluido de hélio resfriado próximo ao zero absoluto. Mas diferentemente de modelos anteriores, o HQO2a não apenas opera a um campo magnético maior, mas também conta com uma abertura maior (120mm x 70mm), uma margem de temperatura de operação mais ampla, e suporta melhor os níveis intensos de radiação, que vão aumentar junto com o avanço dos sistemas de luminosidade integrada. Ao todo, as bobinas supercondutores de HQO2a podem bombear 12 tesla, o que significa um aumento de 50%.

O único problema é que o nióbio é muito frágil. O material tem a tendência de rachar sob a pressão do seu intenso campo eletromagnético. Para superar essa falha, os engenheiros do LARP desenvolveram uma estrutura de alumínio para ajudá-lo a suportar o imã quando estiver sob carga.

Este é um grande passo para frente na tentativa de atingir nossos últimos objetivos”, explicou o gerente do programa do LARP Bruce Strauss em um comunicado à imprensa. “Não deve ser visto apenas como uma única conquista, mas sim a realização de significativos objetivos de design, construção e testes de imãs Nb₃Sn .”

Não foi dito quando essa parte específica vai ser implementada, mas dez anos de para descobrir um segredo do universo parece uma espera interminável.  [Berkeley Lab]