Après des années de travaux de conception, de fabrication et de test, le programme d’aimants destiné au projet LHC à haute luminosité (HiLumi LHC) a franchi une étape décisive : les huit nouveaux aimants quadripôles fabriqués au CERN nécessaires à l’installation sont prêts à être mis en place dans le tunnel (plus deux aimants de rechange entrant eux dans leur phase finale). Ces nouveaux triplets internes sont à présent achevés et ont été entièrement validés à l’issue de nombreux tests. Combinés aux aimants correcteurs fabriqués par les partenaires espagnols du CERN au CIEMAT, ils permettront de focaliser plus fortement les faisceaux de protons lorsqu’ils traverseront les expériences ATLAS et CMS.

« Le fait d’avoir achevé la production des huit quadripôles au CERN est une réussite majeure pour le projet HiLumi LHC et pour toutes les personnes qui ont participé au développement, à la fabrication et aux tests de ces aimants, explique Susana Izquierdo Bermúdez, ingénieure responsable des aimants des régions d’interaction du LHC à haute luminosité. C’est particulièrement gratifiant de voir que les aimants que nous avons mis au point au fil des années sont maintenant prêts à prendre leur place dans l’accélérateur. »

L’achèvement de ces nouveaux aimants quadripôles, fabriqués et assemblés au CERN, marque l’aboutissement de trois décennies de recherche et développement dans le domaine de la technologie des aimants supraconducteurs en niobium-étain (Nb₃Sn). D’une longueur magnétique de 7,2 mètres, ces quadripôles, dont le champ nominal peut atteindre 11,3 teslas, sont les aimants en Nb₃Sn de qualité accélérateur les plus longs jamais construits. Par rapport aux quadripôles en niobium-titane (Nb-Ti) utilisés dans le LHC, dont le champ nominal maximal est de 8,6 teslas, les nouveaux aimants ont une plus grande ouverture (150 millimètres) et un champ magnétique plus élevé, ce qui leur permettra de resserrer plus fortement les faisceaux et contribuera ainsi à accroître la luminosité visée pour le HL-LHC.

Ces quadripôles sont le fruit de travaux menés depuis de nombreuses années à l’échelle internationale, d’abord dans le cadre du programme LARP (LHC Accelerator Research Program), puis dans le cadre d’une collaboration entre le CERN et ses partenaires aux États-Unis. Développer des aimants de sept mètres en Nb₃Sn de qualité accélérateur a été un véritable défi : « Après avoir réussi à mettre au point des modèles courts de l’aimant, parvenir à la longueur requise pour un aimant d’accélérateur a été un défi de taille, explique Susana. Nous avons dû analyser attentivement les causes des défaillances initiales et améliorer progressivement la fabrication des bobines et l’assemblage des aimants. Heureusement, grâce à ces stratégies correctives, les aimants affichent désormais invariablement d’excellentes performances et une grande résistance. »

Huit modules (plus deux de rechange) d’un type légèrement différent sont également nécessaires pour améliorer l’accélérateur : au lieu d’un quadripôle long et d’un aimant correcteur, ces modules sont composés de deux quadripôles plus courts, mesurant chacun 4,2 mètres. Tout aussi puissants et constitués de bobines en Nb₃Sn, ils forment une partie de la région d’interaction finale de part et d’autre d’ATLAS et de CMS. Leur production est en cours dans le cadre de la collaboration HiLumi US, qui progresse bien elle aussi : sept de ces modules sont déjà arrivés au CERN. 

La production des autres modules d’aimants du LHC à haute luminosité destinés aux régions d’interaction de CMS et d’ATLAS touche aussi bientôt à sa fin : il s’agit des dipôles de séparation et de recombinaison, qui séparent les faisceaux en les faisant circuler dans deux tubes distincts, avant de les réunir dans un seul tube, ainsi que les aimants correcteurs, qui corrigent les paramètres et la trajectoire des faisceaux. Au total, 70 % de ces modules ont déjà été réalisés.

Les aimants définitifs bénéficient en outre des nombreux essais menés auprès de la chaîne de test des triplets internes (IT String), le banc d’essai grandeur nature conçu pour reproduire la future région d’interaction du LHC à haute luminosité, à proximité des expériences ATLAS et CMS. En juillet, les aimants des triplets internes installés dans la chaîne de test ont atteint leur intensité nominale de fonctionnement. Les 17 circuits électriques de l’installation ont ensuite tous été portés à leur intensité de fonctionnement, ce qui constitue une étape importante dans la validation du système intégré d’aimants et des équipements correspondants.

Dans quelques mois, les équipes se tourneront vers la prochaine étape : l’installation de ces modules dans l’accélérateur. Pour ne rien manquer du troisième long arrêt (LS3), suivez l’avancée des travaux sur cette page consacrée au LS3.

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Pour plus de détails et de résultats techniques, consultez le site web du projet HiLumi LHC.