Mentre LHC è all'inizio di una nuova stagione di raccolta dati, scienziati e ingegneri di tutto il mondo stanno lavorando duramente per sviluppare nuovissimi magneti per l'aggiornamento di LHC, l'LHC ad alta luminosità (HL-LHC).

Infatti, per questo aggiornamento, è necessario sostituire più di un chilometro della macchina LHC. L'installazione inizierà nel 2024, e ci saranno circa 100 magneti di 11 nuovi tipi:quattro tipi di magneti principali (magneti dipolo e quadrupolo che piegano e focalizzano i raggi), e sette diversi tipi di magneti correttivi.

In particolare, i nuovi magneti quadripolari principali, che siederà nelle regioni di inserimento su entrambi i lati dei rivelatori ATLAS e CMS, sfruttare una tecnologia innovativa chiave che fornisce campi oltre 10 Tesla. Sono costituiti da niobio-stagno (Nb3Sn), utilizzando un design unico che consente di aumentare l'intensità del campo magnetico di picco di circa il 50% rispetto agli attuali dipoli LHC, portandolo da circa otto a circa 12 tesla (T). Stringeranno i raggi prima delle collisioni, sostituendo i quadrupoli nelle triplette di LHC. Questi magneti contribuiranno ad aumentare la luminosità integrata HL-LHC – il numero totale di collisioni – fino a un fattore 10 oltre il valore di progetto dell'LHC.

I nuovi magneti quadrupolari sono in fase di sviluppo nell'ambito di una collaborazione tra il CERN e il consorzio LHC-AUP (LHC Accelerator Upgrade Project), che coinvolge tre laboratori statunitensi. Sono in fase di sviluppo due tipi di questi nuovi magneti quadrupoli di due diverse lunghezze (4,5 metri negli Stati Uniti e 7,5 metri al CERN).

Ora la fase di progettazione è stata completata, i magneti principali sono in fase di prototipo. Dato l'alto costo dei materiali dei magneti, le prove vengono eseguite su modelli più corti (1,5 metri) per valutare la stabilità del progetto e della struttura meccanica. Uno dei problemi principali dei magneti Nb3Sn è la gestione delle contrazioni termiche, perché i materiali che compongono il magnete devono subire dure modifiche, dall'essere riscaldato a 650 °C per realizzare il superconduttore, e poi raffreddato a temperature criogeniche, necessarie ai magneti per funzionare in uno stato superconduttore.

L'anno scorso, un quadrupolo modello corto lungo 1,5 metri, composta da due bobine del consorzio LARP (LHC Accelerator Research Program) e due del CERN, è stato testato negli Stati Uniti, raggiungendo un campo magnetico di picco di 13 T. Un altro modello corto, con tre bobine realizzate al CERN e una negli USA, è stato anche testato al CERN nel corso dell'anno, per verificare la riproducibilità delle prestazioni. Ha raggiunto un campo di picco di 12,2 T, al di sopra del campo magnetico nominale, ma pochi decimi di tesla al di sotto dell'obiettivo delle prestazioni massime. Un'altra iterazione dell'assemblea sarà fatta nella seconda parte dell'anno. Un terzo modello corto delle terzine su entrambi i lati di ATLAS e CMS, e il primo con un insieme omogeneo di bobine, sarà presto testato al CERN. Sarà un test importante per convalidare molte caratteristiche del design del quadrupolo.

A gennaio 2017, una bobina di 4,5 metri di lunghezza completa - una lunghezza da record mondiale, per un magnete Nb3Sn in un acceleratore - è stato testato presso il Brookhaven National Laboratory degli Stati Uniti e ha raggiunto il valore di campo nominale di 13,4 T.

Intanto al CERN, nell'edificio del Large Magnet Facility è già iniziato l'avvolgimento di bobine di 7,15 metri di lunghezza. "Scalare da uno a sette metri non è assolutamente un compito banale, ed è una delle principali sfide tecnologiche di questo progetto, "dice Ezio Todesco, un fisico nella sezione SC Magnet Design and Technology, nei Magneti, Gruppo Superconduttori e Criostati del dipartimento di Tecnologia, che sta guidando il lavoro per il progetto HL-LHC che si occupa di magneti per le regioni di inserzione. "Tra la fine di quest'anno e la fine del prossimo anno, testeremo i primi prototipi integrali. Avremo quindi la conferma che si comportano come previsto, e vedere se è necessaria qualche iterazione di progettazione, " Aggiunge.