Conclusão do cabeamento para atualização do LHC

Para entender melhor como funciona o nosso universo, os pesquisadores estão atualizando o acelerador de partículas mais poderoso do mundo: o Grande Colisor de Hádrons (LHC). Hoje, uma equipe do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab) concluiu uma etapa crucial na atualização, transformando mais de 2.220 km (1367 milhas) de fio em cabos para a próxima geração de ímãs de foco no LHC.

Os ímãs serão os mais poderosos do gênero e aumentarão enormemente o número de colisões nos dois detectores de uso geral do LHC, ATLAS e CMS. Mais colisões produzem mais dados, o que significa que os cientistas podem procurar melhor fenómenos raros e desconhecidos e investigar alguns dos maiores mistérios da física – coisas como a origem da massa e a natureza da matéria escura e da energia escura.

“Os ímãs supercondutores possibilitam a ciência produzida no LHC, e temos uma excelente equipe multilaboratorial expandindo as fronteiras da tecnologia magnética”, disse Soren Prestemon, diretor do Centro de Tecnologia Magnética de Berkeley. “Pela primeira vez, utilizaremos as propriedades extraordinárias do supercondutor nióbio-estanho em um colisor operacional.”

O primeiro passo para fabricar esses ímãs é transformar fios supercondutores em cabos que podem ser enrolados em bobinas magnéticas. Mas fazer esses cabos não é tarefa fácil. Cada um dos 111 cabos é uma peça única e contínua feita enrolando 40 fios individuais de fio em torno de um núcleo de aço inoxidável. Se apenas um fio cruzasse outro em qualquer lugar ao longo de todo o comprimento – normalmente 470 metros – o cabo ficaria estragado. O esforço exigiu a colaboração de especialistas da Divisão de Tecnologia de Aceleradores e Física Aplicada (ATAP) e da Divisão de Engenharia do Berkeley Lab.

“Somos como o diretor de uma companhia de balé”, disse Ian Pong, cientista da ATAP que lidera a tarefa de cabeamento. “Temos 40 dançarinos – os carretéis de arame – fazendo piruetas durante uma corrida de cerca de três horas, e nossa responsabilidade é garantir que nenhum passo perdido aconteça durante toda a apresentação.”

A fabricação dos cabos faz parte do Projeto de Atualização do Acelerador (AUP), a contribuição dos EUA para o projeto LHC de alta luminosidade (HL-LHC). Quatro instituições colaboram para projetar, produzir e testar os ímãs para AUP: Berkeley Lab, Brookhaven National Laboratory, National High Magnetic Field Laboratory da Florida State University e Fermi National Accelerator Laboratory, que lidera o projeto.

“Embora cada etapa do processo de construção do ímã seja de igual importância, nenhuma das outras etapas pode acontecer sem primeiro ter cabos supercondutores de alta qualidade”, disse Mike Naus, engenheiro científico associado da ATAP e vice-líder da tarefa.

Desde 2016, o Berkeley Lab enrola cabos AUP e os envia em uma jornada de meses para se tornarem ímãs. Os cabos são enrolados e tratados termicamente no Brookhaven Lab e no Fermilab antes de retornarem ao Berkeley Lab, onde quatro bobinas são montadas em ímãs chamados quadrupolos. No Fermilab, os quadrupolos são unidos em “conjuntos criogênicos” que são testados e enviados ao CERN, onde serão instalados durante uma longa paralisação do LHC no final desta década.

“São equipamentos de alta tecnologia que envolvem pessoas de todos os Estados Unidos”, disse Jean-François Croteau, pesquisador de pós-doutorado na ATAP que trabalhou na garantia de qualidade dos cabos. “É impressionante ter todos esses laboratórios envolvidos para criar algo que nenhum deles conseguiria fazer sozinho.”

Fazer os novos ímãs de nióbio-estanho permite campos magnéticos maiores do que qualquer ímã anterior feito de nióbio-titânio. Os ímãs operarão a cerca de 12 tesla, centenas de milhares de vezes mais fortes que o campo magnético da Terra. Eles trabalharão em conjunto com uma versão mais longa dos ímãs quadrupolos que estão sendo produzidos atualmente pelo CERN (onde o enrolamento do cabo supercondutor está 70% completo).

Juntos, os ímãs de foco comprimirão os feixes de partículas do LHC em grupos densos, aumentando a chance de interação das partículas. Uma vez atualizado, o LHC de alta luminosidade será capaz de produzir entre 5 e 7,5 mil milhões de colisões de protões por segundo (em comparação com os atuais mil milhões), e os cientistas esperam produzir pelo menos 15 milhões de bósons de Higgs por ano.