CERN LHC 長期停機 3 與轉型至高亮度 LHC

CERN 已正式進入長期停機 3 (LS3)，這標誌著大型強子對撞機 (LHC) 初期運作階段的結束，以利於其轉型為高亮度 LHC (HiLumi LHC)。這次轉型對於將對撞機的亮度提升至其原始設計的十倍至關重要，從而能夠收集更龐大的數據集，以實現對希格斯玻色子 (Higgs boson) 的精密研究，並可能發現超越標準模型 (Standard Model) 的現象。

LHC 的傳承 (2008-2026)

自 2008 年 9 月首次循環束流以來，大型強子對撞機一直作為世界上最強大的粒子加速器運行。在三個運作週期 (Runs 1–3) 期間，該機器在幾個關鍵領域推動了科學與技術的前沿：

• 希格斯玻色子 (Higgs boson)： 最受矚目的成就發生在 2012 年 7 月 4 日，當時 ATLAS 和 CMS 合作組織宣布發現了希格斯玻色子，證實了近 50 年前提出的機制。
• 粒子發現： LHC 已發現了超過 85 種新的強子 (hadrons)。
• 基礎物理學： 該設施提供了關於物質與反物質之間不平衡、夸克-膠子電漿 (quark–gluon plasma) 的性質，以及對天體物理學具有重要意義的測量數據。
• 技術創新： 該計畫推動了超導技術、加速器科學和全球運算基礎設施的重大進展。

長期停機 3：工程與基礎設施升級

長期停機 3 是自 LHC 最初建造以來，對 CERN 加速器複合體進行的最廣泛干預。停機期間從 2026 年延伸至 2030 年，涉及全球數千名專家進行以下基礎設施變更：

加速器複合體翻新

• 磁鐵更換： LHC 內部的約 1.2 km 磁鐵與組件將被移除並更換為新設備。

• **設施升級：

• 新設施： Experimental Cavern North 3 (ECN3) 將轉型為高強度固定靶設施，且 ISOLDE 設施將進行翻新。

• 系統整合： 人員安全系統、電力網絡和技術廊道將在整個複合體中進行整合。

探測器升級 (ATLAS 和 CMS)

為了應對 HiLumi LHC 的增加的亮度，ATLAS 和 CMS 探測器必須升級以處理顯著提高的對撞率。探測器將有效地成為能夠進行以下操作的更新型機器：

• 增加的對撞處理能力： 管理在每次束流交叉 (bunch crossing) 之間 140 到 200 次質子-質子對撞，而之前的運作週期中約為 60 次。
• 高速選擇： 從每秒超過五十億次交互作用中識別並選擇關鍵對撞。
• 新硬體： 更換觸發系統 (trigger systems) 並實施具有數十億個讀取通道、高精度計時探測器 (解析度為幾十皮秒) 和兆赫茲速率的量熱計系統 (calorimeter systems) 的全矽追蹤系統。

未來時間線與科學目標

CERN 的科學活動在停機期間仍將保持密集。研究人員將繼續分析 LHC 時代的現有數據集，同時為新階段做準備。加速器複合體預計將從 2028 年開始逐步重新啟動，高亮度 LHC (HiLumi LHC) 將在 2030 年全面投入運作。高亮度時代的主要目標將是提供前所未有的機會，以深化對宇宙的理解並探索科學中的基礎問題。