欧洲核子研究中心(CERN)的工程师们正建造和测试高亮度大型强子对撞机(HL-LHC)的一部分，其中费米实验室的几个部件成为焦点。HL-LHC是世界上最强大超级对撞机的一次重大升级，将于2030年代初启动。

2025年6月17日，在位于瑞士的欧洲核子研究中心(CERN)超导磁体测试中心，美国众议员基思·塞尔夫、布莱恩·巴宾、杰伊·奥伯诺尔特和谢里·比格斯与物理学家伊曼纽尔·采斯梅利斯，在一台美国产的包含超导磁体的低温组件旁，讨论美国对大型强子对撞机高光度升级的贡献。图中从左至右依次为：塞尔夫、采斯梅利斯、巴宾、奥伯诺尔特和比格斯。 图片 来源：CERN

科学家和工程师正通过高亮度升级让大型强子对撞机更强大，此次升级将大幅提升粒子碰撞收集的数据量，为罕见物理现象提供新见解。为确保新组件能协调一致运行，CERN开展了HL-LHC弦线测试，该测试在隧道内安装一排相互连接的磁铁之前进行。

负责弦线测试的CERN工程师玛塔·巴伊科介绍：“我们正在复制加速器位于CMS实验左侧的部分，这将使我们能够表征各个组件的集体行为。”大型强子对撞机由数百万个部件组成，协同引导并加速粒子至略低于光速。弦测试可让工程师验证升级过程中经单独测试的部件(部分在美国制造和测试)在安装到HL-LHC地下100米处碰撞点周围前能否协同工作。

美国能源部费米国家实验室的科学家、HL-LHC加速器升级项目负责人乔治奥·阿波利纳里表示：“所有设备都已到位，都将以标称电流运行;它是真正的LHC，但长度只有100米，而非完整的27公里。”

弦测试中首次亮相的部件在费米实验室开发、组装和测试，包括四块四极加速器磁体，它们已于今年早些时候从费米实验室运往CERN。巴伊科称它们是拼图的最后一块。这些四极杆每个重25吨，包含聚焦穿过其核心质子束所需的一切，包括由新型超导材料制成的线圈。

阿波利纳里称，它们都基于铌三锡技术，这是人类首次在加速器中使用该技术。目前的大型强子对撞机磁体由铌钛合金线圈制成，可在粒子加速器中产生高达8特斯拉的磁场，但对于计划中的高光度升级来说不够强，因为升级后的LHC将在更小的束流体积中容纳两倍的质子。相比之下，铌三锡合金可承载更大电流，产生的磁场比铌钛合金高出约50%，但铌三锡合金难以加工。阿波利纳里说：“它非常脆，因为需要高温热处理才能制成超导体。”

21世纪末CERN建造大型强子对撞机时，美国科学家就开始试验使用铌三锡作为未来LHC加速器磁体的基础。巴伊科说：“我们的美国同事是这项新技术的先驱，当时我们合作紧密，最终能够制造出完全相同的线圈，还能将美国线圈和CERN的线圈放入同一个四极子中。”

费米实验室和CERN的科学家和工程师已花二十多年为HL-LHC做准备，弦测试是安装新磁铁前的最后检查。据巴伊科介绍，工程师们最近完成了所有磁铁的连接，目前正在对整个系统进行压力测试。他们计划9月份将链条冷却至零下456.25华氏度(约 -277摄氏度)，仅比绝对零度高1.8摄氏度，希望年底前将链条的电流提升至17300安培。巴伊科表示：“这是一个巨大的项目，没有任何一个实验室能够独自完成，我们需要合作伙伴。”