CERN 如何为 LHC 研发下一代磁体

CERN 的大强子对撞机（LHC）利用极其强大的磁体，使粒子接近光速发生碰撞，将粒子撞碎成更小的组成部分以供研究。当前状态下的 LHC 每秒能让约 60 个粒子发生碰撞，碰撞频率高达每秒 4000 万次。

这一能力已经促成了本世纪粒子物理学领域一些最重要的发现。CERN 的科学家并没有止步。他们正对 LHC 进行升级，为计划于 2030 年之后开始的实验做准备。新一代粒子对撞机被称为高亮度大型强子对撞机（High-Luminosity LHC 或 HL-LHC），高亮度指的是粒子碰撞数量的增加。

CERN 的目标是每次实验将碰撞涉及的粒子数量提高到 140-200 个，增加观测到罕见粒子或特殊物理现象的机会。为实现这一目标，对撞机需要配备体积极其紧凑、性能优异的磁体。目前对撞机使用的偶极磁体内部装有由铌钛合金（NbTi）制成的线圈，其磁场强度可达到 8.3 特斯拉。

这一强度约为地球磁场的 16.6 万倍。这已经是铌钛线圈所能达到的磁场强度上限。为制造 HL-LHC 使用四极磁体，科学家正在研发由铌锡化合物（Nb₃Sn）制成的线圈，其磁场强度将接近 12 特斯拉。