La haute luminosité s’installe dans le tunnel

Sep 04, 2019

L’heureux élu se dénomme TANB. C’est le premier composant définitif du LHC à haute luminosité à prendre place dans le tunnel du Grand collisionneur de hadrons. Vendredi 30 août, une inauguration a marqué l’arrivée de cet équipement du futur collisionneur.

Le LHC à haute luminosité, qui entrera en service en 2026, va pousser les performances de l’actuel accélérateur en multipliant le nombre de collisions qui se produisent au cœur des expériences. La luminosité est un paramètre crucial d’un accélérateur : elle correspond au nombre de collisions qui peuvent se produire par seconde et par unité de surface. Plus la luminosité est élevée, plus la probabilité de réaliser des découvertes augmente.

Avec l’augmentation du nombre de collisions et donc de particules en circulation, la protection des équipements du LHC doit être renforcée. Les particules qui divergent de la trajectoire peuvent en effet frapper des composants sensibles, comme les aimants supraconducteurs, et gêner leur fonctionnement. La protection est particulièrement cruciale à proximité des expériences. Les milliards de collisions qui se produiront chaque seconde au cœur des détecteurs créeront des flux de particules ; ce sont ces particules qui intéressent les physiciens. Si la quasi-totalité d’entre elles fusent dans le détecteur qui entoure le point de collision, une infime partie est émise dans la direction du tube où circule le faisceau et peut ainsi atteindre les équipements de l’accélérateur.

La mission de l’absorbeur TANB est donc de protéger les équipements de l’accélérateur en stoppant les particules de part et d’autre de l’expérience LHCb. Au cours du deuxième long arrêt technique en cours jusqu’en 2021, l’expérience LHCb va en effet connaître des améliorations majeures qui lui permettront d’enregistrer cinq fois plus de collisions dès 2021. Ce taux de collision dans LHCb sera maintenu au même niveau lorsque le LHC à haute luminosité sera en service.

« Deux absorbeurs du même type existent de part et d’autre des expériences ATLAS et CMS, explique Francisco Sanchez Galan, le responsable du projet. Mais pour LHCb, nous avons dû réaliser un nouveau développement, notamment à cause du manque de place dans l’accélérateur. » L’espace est une denrée rare dans le LHC, surtout aux abords des expériences. Il fallait donc réaliser l’absorbeur le plus simple et le plus compact possible.

Faire simple peut s’avérer parfois très compliqué. Au terme d’une étude de conception poussée et de nombreuses simulations, les ingénieurs ont démontré que l’on pouvait réaliser un absorbeur plus compact, mais tout aussi efficace, en optant pour un emplacement plus éloigné. Plusieurs modèles ont été proposés et l’absorbeur optimal a finalement vu le jour sur le papier avant d’être fabriqué en Allemagne. Il mesure seulement 65 centimètres d’épaisseur, contre 5 mètres pour les modèles précédents.

Parallèlement, une table de positionnement novatrice a été développée. « Tous ses actionneurs sont positionnés sur le côté facilement accessible. Nous avons dû mettre au point cette nouvelle table car le manque de place rend difficile le réglage des tables traditionnelles, actionnables sur les quatre côtés, et nous devions par ailleurs limiter le temps d’intervention », indique Francisco Sanchez Galan.

Enfin, vu le manque d’espace, l’intégration des unités TANB a relevé du casse-tête. « En déplaçant des composants et en modifiant la ligne de faisceau, nous avons gagné millimètre par millimètre », souligne Francisco Sanchez Galan. Pari réussi, « grâce à la collaboration de nombreuses équipes », se félicite Francisco Sanchez Galan. Deux unités TANB sont désormais installées de part et d’autre de LHCb, prêts pour la prochaine campagne de collision et la haute luminosité.


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