Le LHC a produit ses premières collisions entre des faisceaux stables aujourd’hui, 23 mai 2017, après 3 semaines de remise en service avec faisceaux.
Les premières collisions entre des faisceaux stables ont été fournies aux expériences du LHC aujourd’hui, avec trois paquets dans chaque faisceau. Ces collisions marquent le coup d’envoi de la physique du LHC en 2017 et la fin de la première phase de remise en service du LHC avec faisceaux, qui a débuté il y a trois semaines.
Le soir du samedi 29 avril, le LHC a fonctionné avec faisceaux pour la première fois de l’année 2017. Les faisceaux ont circulé dans les deux tubes de l’anneau pendant un peu plus de deux heures, et diverses activités de mise en service avec faisceaux ont ainsi pu être réalisées en vue de l’exploitation de la machine.
Dès que le premier faisceau a circulé, les différentes équipes du secteur Accélérateurs et technologies se sont succédées jour et nuit, sept jours par semaine, afin de mettre le LHC en condition de fournir aux expériences des collisions entre des faisceaux stables, permettant d’enregistrer des données.
Afin de donner aux équipes concernées le temps de se reposer et d’analyser les résultats, plusieurs activités de mise en service sont réalisées en parallèle.
La première consiste à préparer le cycle de la machine LHC, depuis l’injection jusqu’aux collisions à 6,5 TeV. Cette activité est réalisée avec des paquets appelés « pilotes », d’intensité suffisamment faible pour qu’ils ne représentent qu’un risque nul ou faible pour les équipements de la machine lorsque l’exploration et la vérification atteignent des territoires inconnus. Environ 24 heures après la circulation des premiers faisceaux, un paquet pilote par faisceau a été accéléré à 6,5 TeV.
Le lendemain, le 1er mai, la compression de l’optique, opération pendant laquelle la dimension du faisceau est réduite aux points de collision, a été testée pour la première fois à 6,5 TeV : sur plusieurs cycles, les paramètres et l’optique de faisceau sont ajustés, à plusieurs reprises, jusqu’à ce qu’ils correspondent précisément aux paramètres visés. Le LHC présentant une grande reproductibilité, ce processus est accéléré par la réutilisation des corrections établies les années précédentes.
L’une des dernières étapes consiste à faire entrer en collision les faisceaux en mettant hors tension les aimants qui les maintiennent séparés pendant l’injection, la montée en énergie et la compression de l’optique. Les faisceaux étant extrêmement petits par rapport à l’échelle de l’alignement, les équipes chargées des opérations doivent « trouver » les collisions en faisant osciller les faisceaux l’un par rapport à l’autre, jusqu’à ce qu’ils se rencontrent et que des collisions soient donc observées dans les détecteurs.
En parallèle à la mise en service du cycle de la machine, on fait circuler des faisceaux plus intenses à l’énergie d’injection afin de régler l’instrumentation de faisceau et d’ajuster précisément l’orientation des faisceaux et les systèmes d’asservissement qui stabilisent les faisceaux dans les tubes à vide. Les systèmes de protection contre les défaillances d’équipements et les pertes de faisceaux sont testés à l’énergie d’injection ; pour cela, des défaillances sont provoquées et les équipes s’assurent de la réaction correcte des systèmes.
Une fois que les paquets d’intensité nominale, qui contiennent environ 100 milliards de protons, peuvent circuler dans de bonnes conditions et que la configuration du cycle a été achevée à l’énergie d’injection et à 6,5 TeV, vient le moment d’aligner précisément plus d’une centaine de collimateurs et dispositifs de protection situés le long des orbites des faisceaux.
Pour l’exploitation 2017, les mâchoires des collimateurs primaires, qui sont les plus proches du faisceau, seront situées à seulement 1 mm du cœur des faisceaux. Les systèmes contrôlant l’asservissement de l’orbite et les mouvements des collimateurs doivent maintenir une distance stable, d’à peine quelques dizaines de micromètres, entre les faisceaux et les mâchoires, pendant tout le temps où les faisceaux circulent dans les deux tubes à vide. Pour la validation finale de la configuration de la collimation, les faisceaux pilotes sont délibérément « secoués » jusqu’à ce qu’ils touchent les collimateurs ; les pertes de particules sont enregistrées sur tout le pourtour de l’anneau afin de vérifier que le système de collimation intercepte plus de 99,9 % des particules qui s’échappent.
Après le démarrage de l’exploitation, les opérateurs vont alterner des périodes d’ajustements plus fins avec des périodes de faisceaux stables pour la physique. Ils vont augmenter graduellement l’intensité des faisceaux, préparant les premiers trains de 12 paquets de protons prévus d’ici à la fin de la semaine.