美國能源部費米實驗室的科學(xué)家日前宣布，他們獲得了加速器轉(zhuǎn)向磁鐵迄今最高場強(qiáng)——將磁鐵冷卻到零下270攝氏度左右時，創(chuàng)下14.1T(特斯拉)的新世界紀(jì)錄。此前，勞倫斯伯克利國家實驗室在同樣溫度下創(chuàng)下13.8T的紀(jì)錄，并保持了11年之久。

物理學(xué)家組織網(wǎng)在9日的報道中指出，對于計劃建造大型強(qiáng)子對撞機(jī)(LHC)“繼任者”的粒子物理學(xué)家來說，這項最新研究是一個重要的里程碑。未來高能強(qiáng)子對撞機(jī)成功的一個關(guān)鍵因素是高場強(qiáng)磁鐵。因為未來的環(huán)形對撞機(jī)需要將質(zhì)子加速到LHC質(zhì)子能量的好幾倍，所以需要比LHC更強(qiáng)的轉(zhuǎn)向磁鐵。與目前LHC磁鐵中使用鈮—鈦不同，國際高能物理學(xué)界正致力于研制15T的鈮—錫磁鐵，其核心是名為鈮—錫的先進(jìn)超導(dǎo)材料。鈮—錫可支撐更大的電流但很脆弱，在加速磁鐵工作時容易受力破損。

為此，費米實驗室費的亞歷山大·佐羅賓領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊研究出一種新型設(shè)計，讓鈮—錫線圈在運行過程中不受任何應(yīng)力和應(yīng)變的影響。

在新設(shè)計中，幾十根圓形電線以某種方式扭曲成電纜，使之滿足必要的電力和力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。將電纜纏繞成線圈后，研究人員對其進(jìn)行為期兩周的高溫處理，讓鈮—錫導(dǎo)線“改頭換面”，在約零下270攝氏度時變成超導(dǎo)體。接著，他們將幾個線圈封裝在由帶有鋁夾的鐵軛和不銹鋼外殼組成的結(jié)構(gòu)內(nèi)，使線圈能抵御使其變形的巨大電磁力，最終取得了成功。

在接下來幾個月里，該小組計劃加強(qiáng)線圈的力學(xué)支撐，在今年秋天重新測試磁鐵，希望實現(xiàn)15T的設(shè)計目標(biāo)。佐羅賓解釋說：“設(shè)計這樣的磁鐵需要考慮很多因素：磁場參數(shù)、超導(dǎo)線纜、力學(xué)結(jié)構(gòu)及其在組裝運行中的性能、磁鐵技術(shù)以及運行過程中的磁鐵保護(hù)等。”

團(tuán)隊的目標(biāo)不止于此。佐羅賓說：“我們計劃將鈮—錫磁鐵的強(qiáng)度提高到17T。而且，我們或許能使用新型先進(jìn)超導(dǎo)材料，設(shè)計出強(qiáng)度可達(dá)20T的轉(zhuǎn)向磁鐵。”