Bagaimana vakum memengaruhi tabrakan partikel terbesar & paling kuat di dunia 19 Oktober 2020
3 MIN READ
Terletak jauh di bawah perbatasan Franco-Swiss adalah cincin logam dan magnet besar: Large Hadron Collider (LHC), tabrakan partikel terbesar dan paling kuat di dunia.
Diletakkan 100 meter di bawah tanah di CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire), LHC terdiri dari cincin 27 kilometer magnet superkonduktif. Akselerator tabrakan memungkinkan dua sinar partikel berenergi sangat tinggi bergerak ke arah yang berlawanan dengan kecepatan mendekati cahaya sebelum bertabrakan satu sama lain.
Vakum di dalam tabrakan hadron besar
Tabrakan yang sukses dan kuat membutuhkan tingkat vakum ultra-tinggi yang dipertahankan saat LHC sedang dioperasikan. Berikut ini adalah gambaran umum tentang sistem vakum utama yang digunakan dalam tabrakan.
Vakum balok
Tabrakan melibatkan dua partikel yang "disebarkan" pada kecepatan tinggi ke arah yang berlawanan, dengan masing-masing partikel dalam tabungnya sendiri. Kedua tabung ini harus disimpan pada tingkat vakum yang sangat tinggi untuk memaksimalkan durasi sinar dan mempertahankan tekanan rendah untuk eksperimen. Hal ini dicapai dengan apa yang disebut vakum balok.
Dua mekanisme pemompaan digunakan untuk mencapai hal ini:
- Pemompaan kriogenik: molekul gas residu diserap secara fisik ke dalam permukaan bore dingin pada suhu 1,9 K
- Pemompaan non-evaporable getter (NEG): molekul gas residu diserap secara kimia ke permukaan pipa balok
Vakum insulasi
Magnet superkonduktif LHC didinginkan dengan helium cair hingga suhu 1,9 K (sekitar -271 °C). LHC menggunakan vakum yang kuat untuk mengisolasi magnet secara termal dan dengan demikian mempertahankan suhu yang sangat rendah yang diperlukan untuk keberhasilan tabrakan.
Pompa di dalam tabrakan hadron besar
Teknologi pompa utama yang digunakan dalam tabrakan adalah:
Pompa ion
Pompa ion adalah jenis pompa vakum yang beroperasi dengan memercikkan getter logam.
Pompa turbomolekuler
Pompa turbomolekuler beroperasi berdasarkan prinsip bahwa molekul gas dapat mengalami tabrakan berulang dengan permukaan padat yang bergerak untuk mencapai momentum ke arah yang diinginkan.
Kedua sistem pompa harus mampu mentolerir tingkat radiasi dan medan magnet yang tinggi.
Potensi tantangan pemeliharaan
Tantangan utama yang dihadapi saat merakit LHC adalah deteksi kebocoran: kebocoran harus dipastikan untuk mengoperasikan sistem vakum besar secara andal.
Kebocoran dapat menyebabkan tekanan dasar naik di atas atau turun di bawah tingkat yang diperlukan, sehingga memerlukan pengerjaan ulang yang signifikan dan mahal.
Peningkatan di masa mendatang dan tabrakan hadron besar dengan kecerahan tinggi
LHC saat ini sedang ditingkatkan dan penggantinya akan dikenal sebagai High Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC). Peningkatan dimulai pada Juni 2018 dan dijadwalkan selesai pada tahun 2027. Perubahan ini diperkirakan akan meningkatkan jangkauan penemuan partikel baru sekitar 20-30% dibandingkan LHC saat ini dan juga memperpanjang masa pakai LHC hingga 2040.
