粒子物理学试图回答有关物质本质的基本问题。粒子加速器产生的高能碰撞为我们提供了测量难以捉摸的粒子的能力。从这些实验中收集的数据对于研究粒子的内部运作非常宝贵，并极大地扩展了我们对宇宙的理解。

　　费米实验室的质子改进计划II (PIP-II)是粒子物理领域正在进行的重要项目之一。PIP-II是费米实验室加速器综合体的重要升级，为下一个科学发现时代做好准备，并使世界上最强烈的高能中微子束成为可能。该项目涉及重要的国际合作，需要在全球范围内精确和成功地运输零件。为此，费米实验室进行了广泛的规划和运输方法的测试。

　　在原型低温模块运输之前，创新平台编辑Maddie Hall与费米实验室科学家Jeremiah Holzbauer就最近的运输测试、PIP-II的进展以及该项目对该领域的意义进行了交谈。

　　质子改进计划ii项目是费米国家加速器实验室加速器综合体复兴的一部分。由于技术、专业知识和科学计划的需求同时发展，现有的综合设施花了30-40年的时间来建造。PIP-II是为满足未来需求而更换和升级该综合体的更广泛努力的一部分，以确保它具有将机器建立为下一代世界领先所需的灵活性，可靠性，功率和效率。

　　为了开发下一代强度机器，需要更强的光束，PIP-II将使这成为可能——更多的质子在目标上，更快。把费米实验室的加速器想象成一辆备受喜爱的赛车;几十年来，我们一直在调整和调整性能，它是世界上最好的之一，但为了达到下一个水平，现在我们需要开始进行重大更换。

　　这个级别的粒子加速器的目标是将尽可能多的能量，在这种情况下是射频(RF)能量，打包到一个小空间中，并在质子通过时有效地将其传递给质子。现有的机器是基于铜结构的，虽然效率很高，但它仍然有损耗，我们已经达到了它的极限。

　　为了更精确、更灵活地传输更高强度的光束，那台机器将被一台现代超导加速器所取代。超导技术改变了游戏规则，因为它能极其高效地储存能量。

　　PIP-II的腔体可以更有效地容纳更多的能量，我们可以保持腔体充满能量来加速，而不需要清空它们，就像它所取代的铜机所要求的那样。这使我们能够在一个非常小的空间里集中大量的射频能量，让更多的质子获得更多的能量。

　　去年，虚拟负载被运送到我们在英国达斯伯里的STFC-UKRI的合作伙伴，然后返回。除了排除低温模块的内部部件外，测试是真实的，包括完整的运输框架，隔离系统和物流，天气保护，处理，索具和海关。

　　运输测试是对先前LCLS-II项目的经验教训的回应。我们运送的第一个LCLS-II模块到达时意外受损。这发生在生产线已经在运转的时候。生产不得不暂停，花了一年多的时间来诊断和修复问题，导致相关成本和进度延迟。

　　因此，交通运输很快成为一个重要的讨论话题，重点转向如何防止未来发生这种情况，以及可以实施哪些措施，不仅适用于LCLS-II或PIP-II，而且适用于费米实验室。我们的工作是非常专业的，这意味着即使是专门的设备运输公司也不能完全依赖于运输这些东西而不存在一些真正的损坏风险。作为专家，我们需要系统地降低运输的技术风险，从设计层面开始，这就是我们为PIP-II所做的。

　　低温模块由我们的海外合作伙伴提供，需要在现场和海洋之间进行密集的旅行。此外，它必须在绝对零度以上2度的环境下运行，需要专门的工程、制冷、真空和定制支持系统，所有这些都有缺陷，在运输过程中可能很脆弱。为了创建一个强大的运输系统，我们与合作伙伴合作，不仅设计了框架和运输方式，还设计了一系列不断升级的测试。

　　这个测试项目确保我们能够了解和适应潜在的运输问题，而不会危及设备本身。实践复杂的过程集合使我们能够评估主要的技术和进度风险，并在整个测试过程中跟踪它们，以评估对成本和进度的影响。

　　只有有限数量的低温模块被制造出来，我们的操作原则是，如果其中一个坏了，其他的也可能会坏。原型使我们能够在我们的合作伙伴开始生产之前，甚至在他们开始购买组件之前，及早地吸取教训。这使我们有时间进行审查，并在需要时做出任何重大更改，从而降低前进中的相当大的风险。

　　在10月，我们将完成与上述相同的过程，并添加冷冻模块。最初，我们在费米实验室测试这个模块，在尽可能真实的环境中运行，在没有光束的情况下尽可能地测试超导冷参数。然后，它将被运往英国，在完成不同阶段的检查后，再被运回英国进行再次测试。

　　由于其尺寸，该模块的部分部件必须在此过程中拆卸。当它返回时，它被重新组装和测试了几个月，允许详细检查机械调谐器，真空和清洁度等许多其他东西。这给了我们一个非常彻底的检查，任何潜在的运输变化或损坏。这种广泛的验证，无论是设计还是测试，都是相对新颖的，但理想情况下，它将成为未来这种规模的项目设计和运输的黄金标准。

　　我们已经能够利用在LCLS-II和PIP-II上获得的专业知识，开始与世界各地的其他大型加速器项目合作，为这种精密设备的运输建立一个更大的知识社区和经验教训。

　　这是一个令人难以置信的激动人心的项目，是粒子加速器未来的下一步，是为新的发现水平做准备。运输测试使其切实可行，经过广泛的规划和文件编制，与我们来自全球各地的合作伙伴站在这个巨大的模块前确实意义重大。

　　国际合作使我们能够接触到更多的专家，并使我们能够建立一个庞大的网络，这是一个巨大的好处。我们可以利用合作伙伴的经验，建立一支拥有不同专业知识和观点的有价值的团队。当我们对方法论、物流、装卸程序进行分析时，这种财富和各种经验的价值是指数级的。

　　实验和数据分析的合作是国际性的，导致了非常高水平的测试、分析、审查，以及大学和实验室之间的专业知识共享。虽然这是高能物理学的既定传统，但对于粒子加速器来说，特别是在美国，我们现在才开始利用多个机构将其制造设备和专业知识以这种规模结合在一起的能力。

　　更广泛地说，费米实验室的中微子计划和升级(LBNF-DUNE, PIP-II等)，费米实验室独自建造和提供设施，专业知识和基础设施将是令人望而却步的。有许多实验室和大学可以建造或贡献加速器或探测器组件。因此，这些合作使我们能够利用传统上不会参与实验领域的合作伙伴。

　　这种团队合作有利于整个领域的发展，不仅为我们，也为我们的合作伙伴提供了各种技术专长和灵活性。

　　例如，费米实验室在汉堡的DESY上为FLASH提供了低温模块，看到我们的工程师和技术人员通过研究这些模块获得了卓越的技术成就，真是令人着迷。这种优点随后被用于SLAC的LCLS-II模块，然后用于我们的PIP-II模块，等等。

　　我们的合作也使实验室更多地进入深地下中微子实验和长基线中微子教员合作。他们可以培训他们的人员，在高水平上做出贡献，改进他们的设施，并向我们学习，就像我们可以向他们学习一样。

　　这些合作的最终目标是收集我们个人学到的经验教训，并建立一个交流网络。结合和交流世界领先的技术、知识、设备和技术，是这些项目的未来所在。

　　PIP-II项目在技术上非常具有挑战性，但由于来自世界各地的许多高级专家的贡献，技术方面是可以实现的。主要的挑战涉及文档、通信和物流。在与全球合作伙伴合作时，沟通和文件的一致性是确保流程顺利运行的关键。如果沟通和程序不及早建立，问题就会出现。

　　例如，当采购管道系统时，它必须符合在费米实验室操作的特定安全规范，需要进行测试和认证。为了确保我们的合作伙伴有同样的理解和遵守，这些信息必须清楚地记录下来。我们正在积极地与我们的合作伙伴合作，以确保他们的设计能够制造出来，这样他们就可以在他们的实验室安全地测试它们，我们也可以在费米实验室安全地操作它们。

　　制造这么大的机器也是一个巨大的挑战。成千上万的组件都经过了严格的测试，必须按照预期的方式组合在一起工作。此外，所有这些组成部分都必须附有相关文件。因此，如果没有一个连贯的、已建立的文件和通讯系统，确保这些过程正确和顺利地进行就会变得更加复杂。

　　通过内部和合作伙伴的合作，确保严格的文件、沟通和质量保证标准，将费米实验室在项目工程和管理方面的能力和卓越水平推向了另一个水平。

　　中微子是强度前沿物理学的一个重要焦点，直到最近，它们都很难研究，因为可以测量的相互作用很少，而且信号本身非常微妙。为了测量极其罕见的相互作用，必须将大量的粒子送入一个非常灵敏的探测器，以收集足够的统计数据。

　　我们现在有能力测量中微子的相互作用，并希望完成更系统的研究，以发现它们的基本性质。为了做到这一点，你必须建造一个类似DUNE的东西，一个巨大的，高灵敏度的液态氩探测器，位于地下，以保护它免受宇宙射线的影响。然后，我们推我们的机器的强度，继续增加粒子的数量通过，看看结果。

　　然而，现有机器的局限性和我们所能产生的强度正变得越来越明显。通过替换机器中最老的部分，PIP-II消除了复合体的一些限制，使我们能够将更多的粒子放在目标上，产生更多的数据。后续项目可能会更换助推器或升级主喷油器，所有这些都是为了增加强度和改进机器。PIP-II的设计不仅是为了改善现在的综合设施，而且还可以很好地配合这些未来的升级。这是创造下一代加速器的第一步。

　　PIP-II将具有变革性，使DUNE，近点探测器和LBNF合作能够在合理的时间内实现其目标。数据收集得越快，就能越快地对其进行综合和分析，从而发现其意义。有了PIP-II，我们可以在短短几年内收集大量的测量数据，并将这些结果作为下一步调整或研究的基础。

　　要确切知道20年后粒子物理实验将进行什么是不可能的，因此PIP-II是提供一种适应性强的机器的第一步，它可以以非常灵活的方式提高强度。从本质上讲，它是一个平台，费米实验室的未来可以建立在这个平台上。

　　总的来说，该项目对费米实验室的现代化和复兴非常重要。像费米实验室这样的实验室要想取得成功，劳动力、程序和流程必须与机器本身一起升级和恢复活力;整个实验室都必须是最先进的。

　　在我们开发技术的同时，我们也在发展我们的员工队伍，伴随着每一个项目和每一项新技术的新能量是显而易见的，令人兴奋的。LCLS-II开始，PIP-II继续推动费米实验室在项目工程、技术专长、协作工作环境和新技术方面达到更现代的标准。

　　请注意，这篇文章也将出现在我们季刊的第十六版。