CERN正式断开LHC：高亮度升级启动，28颗超导磁铁退役

CERN正式断开LHC：高亮度升级启动，28... — Analysis

据欧洲核子研究中心（CERN）2026年9月25日官方消息，CERN已正式启动大型强子对撞机（LHC）的断开作业，开始更换其最关键的“内三重态”磁铁。这标志着大型强子对撞机升级工程（高亮度LHC项目）迈入实质性阶段。新磁铁磁场强度提升约40%，将使粒子束流在碰撞前被压缩得更紧密，从而产生更多碰撞事件，为ATLAS和CMS实验提供海量数据，推动粒子物理学前沿探索。

内三重态磁铁：LHC的“最后一公里”聚焦器

大型强子对撞机周长27公里，内部部署了数千块不同类型的磁铁——偶极磁铁、四极磁铁、六极磁铁、八极磁铁等，各自承担着引导、聚焦和校正粒子束流的任务。其中最为关键的组件之一便是“内三重态”磁铁。每组内三重态由三块四极磁铁组成，分别安装在LHC四大主实验（ATLAS、CMS、ALICE、LHCb）两侧。它们的工作是在粒子即将碰撞前，将质子束聚焦到极致——就像用放大镜将阳光汇聚成一点。束流压得越紧，质子相互碰撞的概率就越高，直接决定了LHC的“亮度”（即单位时间内发生的碰撞次数）。CERN加速器技术部门负责人解释：“内三重态是LHC亮度性能的瓶颈，升级它们等于给对撞机换上一颗更强的心脏。”

高亮度LHC：耗资数十亿欧元的升级蓝图

高亮度LHC项目（HiLumi LHC）是CERN史上最大的加速器升级工程，目标是在现有LHC基础上将碰撞亮度提升5至7倍。根据CERN规划，整个升级工作安排在第三次长停机（LS3）期间完成。LS3自2026年初开始，将持续至2029年底。本次断开作业是LS3中的关键节点：从2026年9月7日起，工程团队开始拆除ATLAS和CMS两侧的加速器段，计划移除28块超导磁铁（包括全部内三重态）。CERN总干事马克·汤姆森亲自前往LHC一号点（ATLAS实验所在地）见证第一根磁铁互连电缆的切断，并称其为“一个时代的结束与新时代的起点”。ScienceDaily在报道中援引CERN高亮度项目负责人马库斯·泽尔劳特的话：“当前的内三重态磁铁早在2005年至2007年LHC建造期间就已安装，运行近二十年后，它们将让位给更强大的一代。亲眼见证两代创新的交接，令人无比振奋。”

新磁铁技术：铌三锡线圈带来40%的磁场跃升

新内三重态磁铁的研制历时多年，代表了超导材料领域的重大突破。老一代磁铁使用铌钛合金线圈，而新型磁铁采用铌三锡超导线圈。这一材料替换使磁体可产生的磁场强度达到11.3特斯拉，比现有磁铁的8特斯拉高出约40%。磁场越强，束流聚焦能力就越强，因此能在相同隧道周长内获得更高的碰撞率。下表对比了新旧磁铁的关键参数：

拆卸与安装：28块磁铁退役，16个低温恒温器就位

根据CERN工程计划，2026年9月7日至2027年初，团队将在ATLAS和CMS两侧的隧道内拆除所有需更换的磁铁。每块老磁铁重达数吨，需经过解焊、吊装、转运等复杂工序。LS3协调组负责人让-菲利普·托克表示：“首批新内三重态磁铁的首块四极磁铁预计2029年初抵达隧道。整个项目将安装16个低温恒温器和28个低温组件——这是一项浩大的工程。”CERN同步升级了隧道内的低温系统、供电线和数据采集链路。新磁铁需要在液氦温度（约-271°C）下工作，因此低温系统的重构也是工程难点之一。

ATLAS与CMS：碰撞率飞跃，数据洪流将至

ATLAS和CMS是LHC上两个通用型粒子探测器，设计用于寻找希格斯粒子、超对称粒子、暗物质候选者等新物理信号。升级后，这两个实验将首当其冲受益于更高的瞬时亮度。每秒钟产生的质子-质子碰撞次数将从现在的约10亿次提升至50亿次以上。更多碰撞意味着更稀有过程被捕获的概率大幅增加。例如，对希格斯粒子自耦合的测量、对暗物质候选粒子的搜寻都将获得前所未有的统计精度。CERN物理协调员指出：“高亮度LHC将使我们在未来十年内收集的数据量超过过去所有运行的总和。”

ALICE与LHCb：虽不更换内三重态，但同样受益

ALICE实验专门研究重离子碰撞中的夸克-胶子等离子体，LHCb则专注于底夸克物理和CP破坏研究。它们的瞬时亮度需求与ATLAS/CMS不同，因此保留现有内三重态磁铁。但CERN仍会对这些磁铁进行必要的升级和加固，使其能承受更高总积分亮度的辐射和热负荷。同时，加速器整体亮度的提升意味着ALICE和LHCb在重离子和质子运行中也能获得更多数据。CERN加速器物理学家强调：“整个LHC环的亮度提升将是全局性的，即使不换磁铁的实验也能分得‘红利’。”

FAQ

Q1: 为什么CERN要更换内三重态磁铁，而不是其他类型的磁铁？

A1: 内三重态磁铁负责粒子碰撞前的最终聚焦，是决定对撞机亮度的关键瓶颈。现有铌钛磁铁已运行近20年，性能接近极限。升级为铌三锡磁铁后，磁场强度提高40%，能大幅增加碰撞率，从而在短时间内收集更多数据，推动希格斯粒子精细测量、暗物质搜寻等前沿研究。

Q2: 新磁铁什么时候全部安装完成？LHC将在何时恢复运行？

A2: 首批新内三重态磁铁预计2029年初运抵隧道，全部28块超导磁铁的安装和调试预计在2029年第三季度完成。之后LHC将进入重新启动和束流调试阶段，高亮度运行最快于2030年初开始。CERN表示，第三次长停机结束后，LHC将以全新亮度进入第四轮运行周期。

展望：从“发现机器”到“精密机器”的蜕变

大型强子对撞机升级工程不仅是硬件的大规模翻新，更标志着粒子物理研究从“发现新粒子”转向“精确测量已知现象”的战略转型。高亮度LHC将在2030年代提供前所未有的数据量，帮助科学家检验标准模型、寻找超出标准模型的新物理信号。当最后一颗旧磁铁被吊出隧道、新一代铌三锡磁铁点亮时，人类探索微观世界极限的旅程将翻开崭新一页。

Market Overview

CERN开始拆除大型强子对撞机关键内三重态磁铁，高亮度LHC升级进入实质阶段。新铌三锡磁铁磁场强度提升40%，将产生更多碰撞，为ATLAS和CMS实验带来海量数据。了解升级计划、时间表与技术细节。