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2016, une année exceptionnelle pour le LHC

Les particules ont effectué leurs derniers tours du LHC en 2016 avant l’arrêt des accélérateurs pour la maintenance hivernale

5 décembre, 2016

Par Corinne Pralavorio

Cette collision entre un ion plomb et un proton enregistrée par l’expérience ATLAS génère un quark top, le plus massif des quarks, et son antiquark. (Image : ATLAS

Dernier tour de circuit pour les particules. Lundi 5 décembre, des protons et des ions plomb ont circulé pour une dernière fois dans le Grand collisionneur de hadrons LHC en 2016. À 06h02 précise, les expériences enregistraient leurs dernières collisions (ou événements dans le vocabulaire des physiciens).

Alors que les machines s’arrêtent, les opérateurs du LHC font les comptes. Et des chiffres mirobolants s’affichent sur leurs calculettes.

Pendant l’exploitation avec protons, entre avril et fin octobre, ATLAS et CMS ont enregistré un nombre de collisions 60% plus élevé que celui escompté. Au final, les expériences du LHC ont engrangé plus de 6,5 millions de milliards de collisions à l’énergie de 13 TeV. Cela représente plus de données qu’au cours des trois précédentes exploitations réunies.

L’une des premières collisions entre ions plomb et protons à 8,16 TeV enregistrées par l’expérience ALICE. (Image : ALICE)

En termes techniques, la luminosité intégrée a atteint 40 femtobarns inverses pour ATLAS et CMS, contre 25 initialement prévus. La luminosité est un indicateur crucial pour les accélérateurs qui mesure le nombre de collisions susceptibles de se produire en un temps donné.

« L’un des facteurs clés à l’origine de ce succès est la remarquable disponibilité du LHC et du complexe des injecteurs », explique Mike Lamont, le responsable de l’équipe qui pilote les accélérateurs. La disponibilité du LHC en 2016 a frisé les 50%, ce qui signifie que, pendant 50% du temps, l’accélérateur était en mode « collisions ». Un score très impressionnant pour les opérateurs. « C’est le résultat d’un programme continu de consolidations et d’améliorations des machines et des procédures au cours des dernières années », poursuit Mike Lamont.

Real Events,For Press — Un événement enregistré par l’expérience CMS pendant l’exploitation du LHC avec des ions plomb et des protons et pour lequel pas moins de 449 traces de particules ont été reconstituées. (Image : CMS)

Depuis quatre semaines, des ions plomb entrent en collision avec des protons dans la grande machine. « Bien que ce mode d’exploitation soit nouveau et complexe, le fonctionnement remarquable des accélérateurs et la compétence des équipes ont permis d’aller au-delà des performances attendues », souligne John Jowett, responsable de l’exploitation avec des ions lourds.

À l’énergie de 8,16 TeV, un record pour ce type de collisions, les expériences ont récolté plus de 380 milliards de collisions. La luminosité instantanée a atteint plus de sept fois la valeur initialement prévue et des durées de vie de faisceau exceptionnelles ont été atteintes. La performance est d’autant plus remarquable que faire se percuter des protons et des ions plomb, 206 fois plus massifs et avec une charge 82 fois supérieure, demande de nombreux réglages minutieux de la machine.

Les physiciens analysent maintenant les énormes quantités de données qu’ils ont récoltées, préparant les résultats pour les conférences d’hiver.

Une collision ion plomb – proton enregistrée par l’expérience LHCb au cours des derniers jours d’exploitation du LHC en 2016. (Image : LHCb)

En attendant, les accélérateurs du CERN prennent une longue pause jusqu’à fin mars 2017. Mais si les accélérateurs sont en vacances, c’est loin d’être le cas pour les équipes techniques. La pause hivernale permet d’effectuer la maintenance de ces machines très complexes, dotées de milliers de composants. En 2017, cette pause sera prolongée de deux mois, afin d’effectuer des travaux de rénovation plus importants sur le complexe d’accélérateur et ses 35 kilomètres de machines. Les particules ont rendez-vous au printemps 2017 dans le LHC.