Testování supravodivého magnetu ve Fermilabu. Kredit: Ryan Postel, Fermilab.

Soudobé urychlovače částic, jako je například velkolepý srážeč LHC v CERNu, potřebují mohutná magnetická pole k tomu, aby udržela částice na potřebné dráze, při rychlostech blízkých rychlosti světla. Čím vyšší energii urychlované částice mají, tím silnější magnetická pole jsou pro ně nutná. Experimenty na LHC vyžadují magnetická pole o indukci asi 8 tesla.

Problém je v tom, že supravodivé magnety, které pracují v LHC, potřebují k vytvoření takto silného magnetického pole asi 20 minut. Nabíhají rychlostí asi 0,006 tesla za sekundu. To představuje technologické omezení, s nímž musejí operátoři LHC počítat. Urychlovače částic, které nemají supravodivé magnety, nýbrž magnety s měděnými vodiči, které fungují při pokojové teplotě, přitom nabíhají mnohem rychleji. Magnety v japonském experimentu J-PARC zvládnou 70 tesla za sekundu, magnety 8-GeV boosteru ve Fermilabu nabíhají rychlostí 30 tesla za sekundu.

Logo. Kredit: Fermilab.

Situaci supravodivých magnetů komplikuje mimo jiné to, že v nich při příliš rychlém „náběhu“ vznikají velké „horké“ skvrny se zvýšenou teplotou. To je pro supravodivé materiály značná komplikace, protože se zvýšením teploty rychle mizí jejich supravodivé vlastnosti.

Experimenty s magnety v době pandemie. Kredit: Ryan Postel, Fermilab.

Vědci ve Fermilabu nabízejí jako řešení tohoto zapeklitého problému materiál YBCO (yttrium barium copper oxide), který je již z dřívějška známý supravodivostí při relativně vysoké teplotě. Badatelé díky němu dokázali vytvořit supravodivý magnet, který pracuje při teplotách 6 až 20 kelvinů.

S tímto novým supravodivým magnetem se jim podařilo „najíždět“ magnetické pole závratnou rychlostí 290 tesla za sekundu. Jistou vadou na kráse je, že tento magnet prozatím dokáže vytvořit magnetické pole o síle „pouhých“ 0,5 tesla, čili mnohem méně než požadovaných 8 tesla pro LHC. Vědci jsou ale přesvědčeni, že sílu nového magnetu ještě mohou navýšit vyladěním elektrického proudu, který protéká magnetem.

Tým Fermilabu bude s novým magnetem dál experimentovat. Hodlají zvyšovat používaný elektrický proud a doufají v další navýšení rychlosti „náběhu“ magnetického pole. Badatelé jsou přesvědčeni, že tato technologie se může uplatnit v rozmanitých experimentech částicové fyziky, včetně plánovaného srážeče Future Circular Collider, který chtějí spustit v roce 2040 v CERNu.

Literatura

New Atlas 1. 12. 2021.