Dernières nouvelles du LHC : le LS2 démarre...

Dec 11, 2018

Le complexe d'accélérateurs du CERN est mis à l'arrêt, étape par étape, afin de le préparer pour le deuxième long arrêt (LS2). Le 12 novembre, tous les protons ont été arrêtés, à la fois dans le LHC et dans le reste du complexe d'accélérateurs. Le lundi 3 décembre, la campagne avec des ions plomb du LHC a pris fin, et le lundi 10 décembre les ions plomb utilisés pour la physique avec cible fixe ont eux aussi été arrêtés ; cela a marqué le début du LS2.

En prévision du redémarrage du LHC en 2021, si possible à l’énergie de 7 TeV par faisceau au lieu de 6,5 TeV, une campagne de test et d'entraînement des aimants était prévue la semaine passée. L'objectif de cette campagne de test était d'avoir une meilleure idée du temps et du nombre de transitions résistives d’entraînement nécessaires pour préparer l'ensemble des aimants supraconducteurs du LHC à être en mesure de supporter le champ magnétique requis pour produire des collisions à une énergie de 7 TeV par faisceau. Pour les aimants dipôlaires, ce champ correspond à 8,33 Tesla. L'arc 1-2, qui représente environ 3 km de la machine et relie le point 1 (ATLAS) au point 2 (ALICE), a été choisi pour cette campagne. Malheureusement, un orage a éclaté le soir du lundi 3 décembre et a causé une importante panne de courant au CERN, ce qui a retardé de deux jours la campagne de test des aimants. Pour rattraper le temps perdu, la campagne de test a été prolongée, de manière à durer jusqu'au mercredi 12 décembre à 6 h au lieu du lundi 10 décembre à 6 h.

Accelerators

Vue de la situation du LHC en ce qui concerne la cryogénie ; la campagne de test et d'entraînement des aimants est clairement visible. La partie supérieure montre le degré de préparation des différentes parties de la machine s'agissant de la cryogénie. La partie inférieure montre l'évolution de la température des différentes parties de la machine en fonction du temps. Par exemple, la courbe bleue indique la température de l'arc 1-2. La montée subite indique une transition résistive dans un aimant, tandis que la descente en pente douce représente le temps de récupération. (Image: CERN)

Si l'on revient sur l'année 2018, on ne peut que conclure qu'elle a été fructueuse. L'objectif de luminosité intégrée pour la campagne avec des protons, qui était de 60 fb-1 pour ATLAS comme pour CMS, a été atteint et même dépassé de 10 % ; la luminosité intégrée totale a été de 160 fb-1 pour la deuxième exploitation (2015-2018), et de 189 fb-1 depuis le début de la physique au LHC. Les luminosités intégrées de LHCb et d'ALICE pour la campagne de protons, pour lesquelles la luminosité était nivellée, ont été respectivement de 2,5 fb-1 et de 27,3 pb-1. L'exploitation avec des ions plomb, la quatrième depuis le démarrage du LHC, n'a pas été une mince affaire, mais une fois encore les objectifs ont été atteints : 1,8 nb-1 de luminosité intégrée pour ATLAS comme pour CMS, 0,9 nb-1 pour ALICE, et 0,24 nb-1 pour LHCb.

Qui plus est, des étapes majeures ont été franchies en prévision du LHC à haute luminosité (HL-LHC) : pendant la remise en service, en avril, une nouvelle configuration de l'optique, la configuration de compression télescopique achromatique (ATS), développée en vue du HL-LHC, a été utilisée, ce qui a permis d'atteindre des valeurs plus faibles pour β*, et donc des luminosités de crête plus élevées. Dans le rapport de conception technique du LHC, la valeur de β* dans les expériences ATLAS et CMS était de 80 cm, mais en 2018 le LHC a fonctionné avec un β* de 30 cm, et même de 25 cm à la fin de chaque cycle. Pour le HL-LHC, un β* de 15 cm, voire même de 10 cm, est prévu.

En ce qui concerne le nivellement, en plus des techniques de la séparation des faisceaux (utilisée pour ALICE et pour LHCb) et de la modification de l'angle de croisement, qui ont toutes deux été utilisées les années précédentes, une technique de nivellement au moyen du paramètre β* a été utilisée en 2018 pendant les opérations. L'objectif de ce type de nivellement est d'augmenter la taille du faisceau au début des collisions, lorsque la luminosité de crête est trop élevée pour les expériences, et de la réduire plus tard, lorsque la densité ou la brillance du faisceau diminuent en raison des collisions. Toutes ces techniques visent à réduire, de façon contrôlée, la section efficace lorsque les deux faisceaux se rencontrent, et à limiter ainsi l'empilement des événements de physique dans les détecteurs.

La remise en service de la machine et des faisceaux, en 2018, s'est déroulée de façon remarquable. Le calendrier initial, basé sur l'expérience passée, prévoyait cinq semaines entre le premier faisceau dans la machine et la physique avec 1 200 paquets par faisceau, seuil auquel la production de luminosité commence à être importante. Grâce à la grande disponibilité de la machine pendant cette période, le seuil de 1 200 paquets par faisceau a été atteint le 28 avril. Des collisions avec la machine pleine (2 556 paquets par faisceau) ont été produites le 5 mai, soit avec treize jours d'avance sur le calendrier.

En 2017, la performance du LHC a été ralentie par le problème appelé 16L2, dû à la présence d'air gelé dans une interconnexion entre deux aimants, dans l'arc reliant le point 1 (ATLAS) et le point 2 (ALICE). Malgré les travaux menés pendant l'arrêt technique hivernal, lors duquel l'arc a été réchauffé à 100 K, tout le gaz n'a pas été éliminé et, en 2018, le faisceau a été arrêté plusieurs fois en raison de pertes induites par la glace restante, probablement en quantité minuscule, dans la cellule 16L2. Heureusement, l'exploitation a tout de même été possible, avec des faisceaux injectés selon le mode Compression, regroupement et division des lots (BCMS) au lieu du mode 8b4e (8 paquets et quatre espaces vides), qui avait été utilisé en 2017. Toutefois, pour éviter ces arrêts causés par le problème 16L2, l'intensité des paquets n'a pas été portée au-delà de 1,15 × 1011 protons, soit la valeur nominale pour l'intensité des paquets dans le LHC.

Des analyses préliminaires sur la disponibilité en 2018 montrent que 49 % du temps était occupé par des faisceaux produisant des collisions, et donc de la luminosité. Les défaillances des équipements et autres défauts ont occupé 24 % du temps, tandis que le temps restant, 26 %, a été consacré aux « opérations », c'est-à-dire à la reprise après des arrêts de faisceau, à la préparation de la machine, à l'injection, à l'accélération, à la compression et à l'ajustement des faisceaux.

L'ensemble du complexe d'accélérateurs est à présent arrêté. La plus grande partie de l'hélium inventorié contenu dans le LHC sera ramenée à la surface avant la fermeture des fêtes de fin d'année et, dès janvier, ce seront non plus des particules mais des personnes qui circuleront dans le tunnel pour réaliser toutes les activités de maintenance et d'amélioration prévues afin de préparer la machine pour la troisième exploitation.


Other news

Cookies help us deliver our services. By using our services, you agree to our use of cookies.