Dernières nouvelles du LHC : Protons : mission accomplie

Nov 02, 2018

Le 24 octobre à 6 h 01, l'équipe Opérations du LHC a actionné un commutateur dans l'îlot central du Centre de contrôle du CERN, éjectant ainsi le dernier lot de protons de la deuxième période d'exploitation du LHC (2015-2018). Ce 242cycle de collisions pour la physique mené en 2018 a duré environ 13,5 heures, produisant au total 0,46 fb-1, aboutissant ainsi, pour ATLAS et CMS, à une luminosité intégrée totale de 66 fb-1 en 2018, soit plus que les 60 fb-1 prévus. Ce record de luminosité intégrée a pu être atteint grâce au niveau élevé de disponibilité de la machine et à la proportion importante (plus de 50 %) de faisceaux stables.

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Le commutateur qui permet de commander manuellement l'éjection des faisceaux du LHC. Lorsque ce commutateur est actionné, le système d'extraction est activé et les deux faisceaux sont extraits du LHC au point 6 en une seule révolution, puis vont s'écraser sur les arrêts de faisceaux, constitués de blocs de graphite.



De plus, les performances de la machine et du faisceau ont permis d'avoir, presque à chaque cycle de collisions, une luminosité de crête d'environ 2 x 1034 cm-2 s-1, soit deux fois la luminosité nominale du LHC (1 x 1034 cm-2 s-1). Le total de luminosité intégrée depuis le démarrage du LHC est désormais de 189,3 fb-1 pour ATLAS comme pour CMS, dont 160 fb-1 accumulés pendant la seule deuxième période d'exploitation.

Cette luminosité de crête n'est pas intéressante pour les expériences LHCb et ALICE, qui cherchent à obtenir un faible nombre de collisions par croisement de paquets – c'est pourquoi la luminosité dans ces détecteurs est délibérément abaissée à un niveau beaucoup plus bas. Pour ces expériences, l'important est d'obtenir un maximum de paquets en collision dans leur détecteur, et une longue période de faisceaux stables. Grâce à la disponibilité élevée de la machine, elles ont pu également accumuler plus de luminosité que prévu. La prévision 2018 pour LHCb était 2 fb-1 ; le résultat effectif a été 2,46 fb-1. ALICE a terminé l'exploitation avec protons avec 27,3 pb-1 de luminosité intégrée.

Ces réalisations n’auraient pas été possibles sans l'excellente performance de la chaîne des injecteurs au cours de l'exploitation 2018. Les faisceaux produits dans les injecteurs doivent être surveillés en permanence pour conserver une brillance beaucoup plus élevée que ce qui était prévu à l'origine dans le rapport de conception technique du LHC ; cette brillance a été un facteur très important dans le niveau élevé de luminosité de crête obtenue.

Immédiatement après l'arrêt de faisceau du 24 octobre, les équipes chargés du développement de la machine étaient sur le pont pour entreprendre un programme dense et intéressant d'études sur la machine et sur le faisceau, qui s'achèvera le 31 octobre. Un arrêt technique de trois jours permettra alors aux expériences de préparer les détecteurs pour l'exploitation avec ions, pour laquelle les derniers préparatifs commenceront le 3 novembre. Le démarrage de l'exploitation pour la physique à base de collisions d'ions est prévu pour le 8 novembre.

La chaîne d'injection des ions plomb diffère quelque peu de celles des protons : le Linac 3 effectue de multiples injections dans le LEIR, où les ions sont accumulés, refroidis et accélérés avant d'être transférés dans le PS. Le PS prépare alors le séquençage temporel, par des manipulations des radiofréquences, de façon à créer un espacement de 100 ns entre groupes de 4 paquets. Ces groupes de paquets sont ensuite accélérés à nouveau, puis amenés au SPS, où un certain nombre d'entre eux (jusqu'à 12) sont injectés, et reçoivent encore une énergie supplémentaire avant l'injection du faisceau dans le LHC. Ainsi, le Linac 2 et le Booster du PS ne sont pas nécessaires pour les exploitations avec ions plomb. Ces deux machines seront arrêtées le 12 novembre pour les activités du deuxième long arrêt (LS2) en vue du raccordement du Linac 4.


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