Dernières nouvelles du LHC : reprise et campagne spéciale ?

Oct 02, 2018

Le troisième bloc de développement de la machine (MD) a commencé mercredi 12 septembre, après un été consacré principalement à la production de luminosité. Le programme était bien rempli, avec pas moins de 20 activités menées à bien, concernant divers éléments. Ce programme intensif s'est terminé lundi 17 septembre, pour laisser place à un arrêt technique de cinq jours (TS2), qui sera le dernier arrêt technique de cette longueur avant le deuxième long arrêt (LS2). Un bref arrêt technique de trois jours aura lieu pendant la semaine 44, avant l'exploitation avec des ions, afin de préparer les accélérateurs en vue de ces collisions particulières. 

Pour permettre une reprise efficace après l'arrêt technique et un retour aussi rapide que possible à la production de luminosité, il a été demandé à tous les groupes travaillant sur la machine de réaliser toute les opérations de maintenance nécessaires mais d'éviter de déployer des nouveautés ou des améliorations non essentielles, qui devraient alors être testées pendant la dernière partie de l'exploitation, et de les garder plutôt en réserve jusqu'au LS2. En effet, une longue phase de mise en service sera de toute manière nécessaire après le LS2, et de nombreux tests seront alors réalisés.

Lundi 24 septembre, le LHC, pleinement opérationnel après l'arrêt technique, a achevé la « mini » montée en intensité nécessaire après ce type d'arrêt. La machine est à présent de nouveau en mode de production de luminosité, avec 2 556 paquets par faisceau, et elle file vers l'objectif de luminosité fixé pour 2018, à savoir 60 fb-1.

Dans le calendrier du LHC, un créneau de sept jours d'exploitation spéciale a été ménagé pour la semaine 41 ; une décision finale doit encore être prise à ce sujet. Il s'agit d'une exploitation « énergie faible et bêta élevé », ce qui signifie que des collisions sont prévues à l'énergie d'injection dans le LHC, soit 450 GeV par faisceau, et sans compression du faisceau au niveau des expériences. L'objectif principal de cette campagne de physique à basse énergie et avec un bêta élevé est de mesurer la section efficace élastique des protons dans un régime où leur impulsion ne varie que légèrement. Cette région d'énergie est intéressante car différents processus de physique contribuent à la diffusion. À des énergies très faibles, la diffusion électromagnétique domine, tandis qu'à des énergies élevées, c'est la diffusion nucléaire qui prend le relais. Dans la gamme d'énergie intermédiaire, ces deux processus se combinent suivant les lois de la mécanique quantique. 

Les équipes de physique des expériences TOTEM et ATLAS/ALFA ont déjà réalisé des mesures de la section efficace élastique dans cette région d'interférence entre les processus, à une énergie dans le centre de masse de 8 et de 13 TeV. Les mesures publiées par TOTEM à 13 TeV ont cependant montré des valeurs plus faibles que celles prédites par les modèles théoriques connus. En outre, il n'existe à l'heure actuelle aucune mesure entre 60 GeV et les énergies auxquelles les mesures de TOTEM ont été réalisées. Le LHC pourrait donc nous fournir une occasion unique de combler cette lacune et de comparer ces mesures avec celles effectuées auprès du Tevatron du Fermilab, avec des collisions proton-antiproton. 

Pour pouvoir détecter les protons ayant subi une diffusion élastique à de très petits angles, les détecteurs « pots romains » de TOTEM et d'ATLAS/ALFA doivent être placés tout près du faisceau. Cela n'est possible qu'avec une optique bien spécifique, comprenant des valeurs élevées pour ß* aux points d'interaction. Cette optique, associée à une faible énergie dans le centre de masse, se traduit par des faisceaux larges. Le bruit de fond causé par le halo du faisceau est extrêmement difficile à maîtriser dans cette configuration, et ce sera là l'obstacle le plus important à franchir pour réaliser cette mesure.

Aujourd'hui, mardi 2 octobre, un dernier faisceau d'essai est prévu dans ce but. Le test consiste à injecter un petit nombre de paquets dans le LHC et à les faire entrer en collision sans les accélérer. Les réglages de la machine, particulièrement ceux concernant les collimateurs, seront ensuite optimisés afin de réduire autant que possible le bruit de fond pour les expériences. Sur la base de ce test, les expériences devront ensuite évaluer si le bruit de fond est suffisamment atténué pour permettre une prise de données de bonne qualité. Ce n'est qu'alors qu'il sera décidé si cette campagne aura finalement lieu ou non, et quand. Affaire à suivre !


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