Dernières nouvelles des accélérateurs : le LHC affiche une excellente performance

Le LHC a atteint la performance nominale requise pour la troisième période d’exploitation, marquant une étape importante du programme de physique 2026. La phase de montée en intensité s’est achevée fin mars, la machine fonctionnant couramment à 1,8×10¹¹ protons par paquet dans chaque faisceau. Le LHC a ensuite entamé une période de production pour la physique stable d’environ une semaine, durant laquelle il a fourni une performance dépassant largement les attentes (voir graphique).

Après cette période initiale de haute performance, le LHC a entamé une campagne spéciale de trois semaines dans des conditions d’empilement réduit, correspondant à un nombre moyen plus bas de collisions par croisement de paquets (ce qu’on appelle campagne à faible μ). Ce mode d’exploitation spécial fait partie intégrante du programme de physique proton-proton 2026, et a été demandé par les collaborations ATLAS et CMS afin qu’elles puissent effectuer des mesures de haute précision dans des conditions optimales.

Dans le mode d’exploitation standard, chaque croisement de paquet produit environ 64 interactions proton-proton simultanées. Le nombre d’interactions par croisement est bien plus bas au cours de la campagne à faible μ : les conditions d’expérience sont donc bien plus limpides, ce qui permet un meilleur contrôle des effets du détecteur et une réduction importante du bruit de fond. À cause du nombre réduit de collisions se produisant dans ce mode d’exploitation, les temps de remplissage sont particulièrement longs, allant jusqu’à 50 heures consécutives.

Cette période spéciale de prise de données a pour objectif premier d’effectuer des mesures de haute précision de la masse du boson W. Pour atteindre le niveau de précision visé, un excellent contrôle de la reconstitution des événements est nécessaire, en particulier pour le recul hadronique et l’énergie transversale manquante, qui sont tous deux nettement plus satisfaisants dans le cas d’un empilement faible. Plus généralement, l’ensemble de données à faible μ donnera également accès à un vaste éventail de mesures de précision, y compris pour des études sur la physique électrofaible, la physique des saveurs lourdes et la physique diffractive.

Une campagne de balayages Van der Meer visant à acquérir des données pour l’étalonnage de la luminosité absolue avait été programmée pendant cette période. L’opération consiste à faire varier sur le plan transversal la surface de rencontre entre les faisceaux et à mesurer le nombre de collisions obtenues comme fonction du décalage des faisceaux l’un par rapport à l’autre. Cela permet de déterminer précisément l’échelle de luminosité absolue, et de veiller à ce que les mesures suivantes soient normalisées avec une précision élevée.

Les campagnes Van der Meer nécessitent des faisceaux préparés avec soin, avec un profil transversal bien défini et des intensités contrôlées. Pour produire ces faisceaux, il faut appliquer un programme spécifique à l’ensemble de la chaîne d’injection. Dans le Booster du Synchrotron à protons (PS), cela suppose un paramétrage contrôlé du tune (fréquence d’oscillation transversale par tour), une diffusion multiple sur les feuilles d’épluchage et un ajustement de la trajectoire d’injection. Le faisceau est ensuite transféré au PS, où les oscillations induites par l’injection doivent être soigneusement lissées. Enfin, dans le Supersynchrotron à protons, une manipulation spéciale appelée écrêtage (shaving) est effectuée pour modifier la distribution du faisceau avant injection dans le LHC. Ces étapes préparatoires demandent généralement plusieurs jours de temps de faisceau dédié avant le début de la campagne d’étalonnage proprement dite.

Cependant, une problématique imprévue dans l’infrastructure cryogénique du CERN a nécessité une brève interruption de l’exploitation. L’un des compresseurs à vis fonctionnant à température ambiante installé au point 18, qui présentait déjà des niveaux élevés de vibration au cours des dernières semaines, a montré des signes de dégradation rapide de ses roulements. Ces derniers jours, les niveaux de vibration ont augmenté et sont devenus moins stables, entraînant un risque croissant d’importants dommages.

Pour se prémunir contre ce risque et protéger l’intégrité du compresseur, il a été décidé d’avancer le remplacement de l’élément endommagé, qui était prévu pour l’arrêt technique de mai. Pour cette intervention, réalisée en début de semaine, le LHC a été arrêté trois jours.

Pendant ce temps, dans la chaîne d’injection, la disponibilité du PS a été affectée par une faille majeure dans la principale source d’alimentation (POPS). Pour résoudre cette faille, liée à des problèmes du système de communication et des automates, l’équipe chargée des convertisseurs de puissance a procédé à une intervention d’envergure. L’exploitation a pu reprendre après remplacement des composants concernés et établissement de diagnostics. Bien qu’on cherche encore l’origine de la faille, cet incident met en lumière le vieillissement touchant des éléments critiques et, partant, l’importance des améliorations POPS+ prévues pour le troisième long arrêt.

Malgré ces interruptions, la performance globale du complexe d'accélérateurs reste excellente. L’intensité nominale a été atteinte et des exploitations spéciales pour la physique sont en cours : le programme 2026 du LHC est maintenant bien en marche, et devrait franchir de nouvelles étapes au cours des prochaines semaines.