歐洲核子研究中心(CERN)的工程師們正建造和測試高亮度大型強子對撞機(HL-LHC)的一部分，其中費米實驗室的幾個部件成為焦點。HL-LHC是世界上最強大超級對撞機的一次重大升級，將于2030年代初啟動。

2025年6月17日，在位于瑞士的歐洲核子研究中心(CERN)超導磁體測試中心，美國眾議員基思·塞爾夫、布萊恩·巴賓、杰伊·奧伯諾爾特和謝里·比格斯與物理學家伊曼紐爾·采斯梅利斯，在一臺美國產的包含超導磁體的低溫組件旁，討論美國對大型強子對撞機高光度升級的貢獻。圖中從左至右依次為：塞爾夫、采斯梅利斯、巴賓、奧伯諾爾特和比格斯。 圖片 來源：CERN

科學家和工程師正通過高亮度升級讓大型強子對撞機更強大，此次升級將大幅提升粒子碰撞收集的數據量，為罕見物理現象提供新見解。為確保新組件能協調一致運行，CERN開展了HL-LHC弦線測試，該測試在隧道內安裝一排相互連接的磁鐵之前進行。

負責弦線測試的CERN工程師瑪塔·巴伊科介紹：“我們正在復制加速器位于CMS實驗左側的部分，這將使我們能夠表征各個組件的集體行為。”大型強子對撞機由數百萬個部件組成，協同引導并加速粒子至略低于光速。弦測試可讓工程師驗證升級過程中經單獨測試的部件(部分在美國制造和測試)在安裝到HL-LHC地下100米處碰撞點周圍前能否協同工作。

美國能源部費米國家實驗室的科學家、HL-LHC加速器升級項目負責人喬治奧·阿波利納里表示：“所有設備都已到位，都將以標稱電流運行;它是真正的LHC，但長度只有100米，而非完整的27公里。”

弦測試中首次亮相的部件在費米實驗室開發、組裝和測試，包括四塊四極加速器磁體，它們已于今年早些時候從費米實驗室運往CERN。巴伊科稱它們是拼圖的最后一塊。這些四極桿每個重25噸，包含聚焦穿過其核心質子束所需的一切，包括由新型超導材料制成的線圈。

阿波利納里稱，它們都基于鈮三錫技術，這是人類首次在加速器中使用該技術。目前的大型強子對撞機磁體由鈮鈦合金線圈制成，可在粒子加速器中產生高達8特斯拉的磁場，但對于計劃中的高光度升級來說不夠強，因為升級后的LHC將在更小的束流體積中容納兩倍的質子。相比之下，鈮三錫合金可承載更大電流，產生的磁場比鈮鈦合金高出約50%，但鈮三錫合金難以加工。阿波利納里說：“它非常脆，因為需要高溫熱處理才能制成超導體。”

21世紀末CERN建造大型強子對撞機時，美國科學家就開始試驗使用鈮三錫作為未來LHC加速器磁體的基礎。巴伊科說：“我們的美國同事是這項新技術的先驅，當時我們合作緊密，最終能夠制造出完全相同的線圈，還能將美國線圈和CERN的線圈放入同一個四極子中。”

費米實驗室和CERN的科學家和工程師已花二十多年為HL-LHC做準備，弦測試是安裝新磁鐵前的最后檢查。據巴伊科介紹，工程師們最近完成了所有磁鐵的連接，目前正在對整個系統進行壓力測試。他們計劃9月份將鏈條冷卻至零下456.25華氏度(約 -277攝氏度)，僅比絕對零度高1.8攝氏度，希望年底前將鏈條的電流提升至17300安培。巴伊科表示：“這是一個巨大的項目，沒有任何一個實驗室能夠獨自完成，我們需要合作伙伴。”