據悉，歐洲核子研究中心的大型強子對撞機（LHC）項目將會在2022年恢復一項能夠更精確地檢測圍觀粒子路徑的實驗，這一切這要歸功于金屬3D打印管提供的高效冷卻。

宇宙起源的大爆炸理論認為，在這一事件之后，應該立即生成等量的物質和反物質。然而，可觀察到的宇宙似乎幾乎完全由物質組成，而科學家們只成功地用粒子加速器生產了少量的反物質。兩者之間是否存在不平衡，如果是的話，為什么？在大爆炸后的那幾分之一秒里到底發生了什么？

荷蘭國家亞原子物理研究所（Nikhef）試圖通過參與LHCb實驗來幫助回答這些問題。作為歐洲核子研究中心大型強子對撞機（LHC，位于瑞士日內瓦）項目的一部分，這項實驗通過捕捉普通b夸克和其反b夸克的必然結果來測量b夸克的衰變，因為它們是通過粒子加速器內的碰撞產生的。大型強子對撞機目前正在關閉維修，但當它明年重新開放時，大型強子對撞機b探測器將配備一個升級的跟蹤器，能夠更好地捕捉這些粒子；其改進的性能將至少部分歸功于通過金屬3D打印為該儀器提供的新的冷卻解決方案。

通過更有效的冷卻實現更好的分辨率

這是Nikhef的閃爍纖維（SciFi）追蹤器項目的領導者Antonio Pellegrino所面臨的挑戰。

追蹤器項目的負責人Pellegrino說：“這是一個用于LHCb的新追蹤裝置，將揭示粒子在加速器中的路徑。為了看到這些光子，你必須使用一個非常大的放大，但它也會放大任何背景。解決這個問題的方法是通過冷卻相機。如果它足夠冷，背景噪音就會大大減少，我們就能看到我們想要的東西。"

Pellegrino在Nikhef的團隊在3年多前就開始為光子探測器條的冷卻提供解決方案工作。這些冷卻條需要適合非常有限的空間，并沿探測器條的長度方向保持其平整度。薄壁是可取的，以盡量減少表面和氟化碳冷卻劑之間的材料數量，但這些棒也需要承受至少7bar的壓力而不泄漏。除了這些功能要求外，由政府資助的Nikhef還需要找到一個經濟的解決方案，并能長期耐用。

該組織開發了一個它認為可行的冷卻解決方案，但該設計在常規生產中過于昂貴和復雜。Pellegrino團隊的首席工程師Rob Walet已經對聚合物3D打印有了一定的了解，在調查了一些金屬3D打印選項后，決定與3D Systems的應用創新小組合作，該小組在比利時有一個客戶創新中心。

規格決定了材料的選擇

生產階段

Verelst解釋說："我們必須以50微米的平面度實現一個非常長的零件，通常會銑削這類面孔，但在這里，這不是一個選擇，因為壁厚太薄了。打印過程本身就有一些變化，所以夾住零件并進行銑削可能會產生太薄的部分。泄漏方面的風險太高了。我們必須在沒有銑削后處理步驟的情況下使平面度符合規范。"

除了平整度方面的挑戰，冷卻棒在功能性冷卻表面的某些區域也出現了收縮缺陷。Verelst解釋說："冷卻表面的這種臺階對冷卻性能來說是有問題的，所以必須通過對抗CAD中的實際變形來消除它們。經過幾個周期后，這些臺階被消除了，線條幾乎看不到了。"

利用SciFi追蹤器的實驗定于明年2022年開始，Pellegrino希望這個儀器將有助于揭示關于物質和反物質的新信息：“這是非常重要的基礎研究，因為它影響到我們思考我們的宇宙和物理學的方式。這就是我們首先設立這個實驗的原因。"