Cette semaine, le Linac 4 a accéléré pour la première fois des faisceaux à une énergie de 50 MeV. L’accélérateur est désormais en mesure de remplacer le Linac 2 vieillissant, en attendant de devenir à son tour le premier élément de la chaîne des accélérateurs du CERN.

Le Linac 4 a été construit pour propulser des faisceaux d’ions  H- (atomes d'hydrogène dotés d’un électron supplémentaire) à haute énergie afin de fournir des protons au Grand collisionneur de hadrons LHC et remplacer le Linac 2. Mis en service en 1978, le Linac 2 est le premier des quatre accélérateurs qui propulsent les particules à des énergies plus en plus élevées avant qu'elles ne soient envoyées dans le LHC. Ces accélérateurs fournissent également des faisceaux à de nombreuses autres expériences au CERN.

Au final, le Linac 4 accélérera des ions jusqu’à 160 MeV d’énergie avant de les envoyer dans le Booster du Synchrotron à protons (PS) - le deuxième accélérateur dans la chaîne d'injection du LHC. Ces ions sont dépouillés de leurs deux électrons lors de l'injection dans le Booster du PS pour ne laisser que les protons. Ce procédé permet d’accumuler davantage de particules, de simplifier l’injection, de réduire les pertes de faisceau lors de l’injection et d'obtenir un faisceau plus brillant.

Le nouvel accélérateur est un élément clé du programme d’amélioration des injecteurs du LHC. Il permettra au Booster du PS de doubler la brillance des faisceaux, ce qui contribuera à accroître la luminosité du LHC. La luminosité est une caractéristique importante d’un accélérateur, proportionnelle au nombre de collisions se produisant en un temps donné.

Atteindre 50 MeV est une étape cruciale car c’est l'énergie à laquelle le Linac 2 accélère aujourd’hui les faisceaux. Le Linac 4 est donc théoriquement en mesure de remplacer le Linac 2. Mais il sera connecté à la chaîne des accélérateurs au cours du deuxième long arrêt technique prévu en 2018 et 2019.

L'accélérateur linéaire 4 est composé d'une source d'ions d'hydrogène et de quatre types de structures accélératrices qui sont mises en service les unes après les autres. Cette année, les enceintes DTL (linac à tube de glissement), deuxième élément de cette chaîne d'accélération, ont été installées et mises en service, permettant de dépasser l'énergie de 3 MeV atteinte auparavant. « Cette conception innovante et brevetée est une grande réussite qui a nécessité huit années de développement, explique Maurizio Vretenar, chef du projet Linac 4. Nous avons suivi ces enceintes depuis la planche à dessin jusqu’au banc d’essai, et maintenant jusqu’à la chaîne d’accélérateurs elle-même ; nous sommes entièrement satisfaits de leur performance. »

Assurer des connexions sans défaut entre les éléments disparates de l'accélérateur était un point crucial dans le processus de mise en service. Les cavités DTL ont été alignées avec une précision de ±0,1 mm, entre elles et avec le reste de la ligne du Linac 4. « La première étape a consisté à accélérer le faisceau dans la première enceinte DTL, afin de trouver les bons réglages pour la partie à basse énergie, explique Alessandra Lombardi, responsable de la phase de mise en service du Linac 4. Nous avons ensuite procédé à une accélération progressive via la deuxième et la troisième enceinte pour arriver à une énergie de 50 MeV. »

Une fois le faisceau mis en service jusqu'à 50 MeV, les équipes passeront à la prochaine étape : les DTL à cavités couplés (CCDTL). Elles permettront d'accélérer le faisceau à une énergie de 100 MeV.