CERN LHC 第三次长期停机与向高亮度 LHC 的过渡

CERN 已正式进入第三次长期停机 (LS3)，标志着大型强子对撞机 (LHC) 初始运行阶段的结束，以促进其向高亮度 LHC (HiLumi LHC) 的转型。这次转型对于将对撞机的亮度提高到其原始设计值的十倍至关重要，从而能够收集更庞大的数据集，以实现对希格斯玻色子的精确研究，并有可能发现超越标准模型的新现象。

LHC 的遗产 (2008-2026)

自 2008 年 9 月 注入首批束流以来，大型强子对撞机一直作为世界上最强大的粒子加速器运行。在三个运行周期 (Runs 1–3) 期间，该机器推动了科学和技术在几个关键领域的边界：

• 希格斯玻色子： 最受赞誉的成就发生在 2012 年 7 月 4 日，当时 ATLAS 和 CMS 合作组宣布发现了希格斯玻色子，证实了近 50 年前提出的机制。
• 粒子发现： LHC 已发现了 85 种以上的新强子。
• 基础物理学： 该设施提供了关于物质与反物质之间不平衡、夸克-胶子等离子体性质以及对天体物理学具有重要意义的测量数据。
• 技术创新： 该项目推动了超导技术、加速器科学和全球计算基础设施的重大进步。

第三次长期停机：工程与基础设施升级

第三次长期停机是自 LHC 最初建造以来，CERN 加速器复合物进行的最广泛的干预。停机期从 2026 年延伸至 2030 年，涉及全球数千名专家执行以下基础设施变更：

加速器复合物翻新

• 磁体更换： LHC 内部约 1.2 km 的磁体和组件将被拆除并更换为新设备。
• 设施升级： 超质子同步加速器 (SPS) 北区将进行整合，CERN Neutrinos to Gran Sasso (CNGS) 靶区将被拆除。
• 新设施： 实验洞北 3 号 (ECN3) 将转型为高强度固定靶设施，ISOLDE 设施将进行翻新。
• 系统整合： 整个复合物的人员安全系统、电网和技术廊道将进行整合。

探测器升级 (ATLAS 和 CMS)

为了应对 HiLumi LHC 的更高亮度，ATLAS 和 CMS 探测器必须进行升级，以处理显著提高的碰撞率。探测器将有效地成为能够执行以下任务的新型机器：

• 增加的碰撞处理能力： 在每次束流交叉时管理 140 到 200 次质子-质子碰撞，而之前的运行周期中约为 60 次。
• 高速选择： 从每秒超过 50 亿次相互作用中识别并选择关键碰撞。
• 新硬件： 更换触发系统并实施具有数十亿个读取通道的全硅径迹探测系统、高精度计时探测器（分辨率为几十皮秒）以及兆赫兹速率的量热计系统。

未来时间线与科学目标

在停机期间，CERN 的科学活动将保持密集。研究人员将继续分析 LHC 时代的现有数据集，同时为新阶段做准备。加速器复合物计划从 2028 年开始逐步重启，高亮度 LHC (HiLumi LHC) 将在 2030 年前实现全面运行。高亮度时代的 primary 目标是将提供前所未有的机会，以深化对宇宙的理解并探索科学中的基础问题。