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L’avenir du LHC se prépare à Chamonix

Le fonctionnement et la performance du LHC sont scrutés de près à l'occasion de l’atelier annuel sur la performance du LHC, à Chamonix (France)

L'année 2016 a été remarquablement brillante pour le LHC, puisqu'elle a été marquée par une performance maximum excellente, un temps de disponibilité satisfaisant et une bonne flexibilité opérationnelle (voir CERN Courier, décembre 2016, p. 5). Dans l'optique d'un perfectionnement constant, le fonctionnement et la performance du LHC ont fait l'objet de discussions approfondies lors de la première partie de l'atelier annuel sur la performance du LHC, qui s'est tenu du 23 au 26 janvier à Chamonix (France).

Des spécialistes du secteur des accélérateurs, la Direction du CERN et des membres du Comité consultatif pour les machines du CERN (CMAC) ont étudié des scénarios de fonctionnement pour le reste de la deuxième période d'exploitation et ont pris des décisions préliminaires concernant l'optique et les paramètres de la machine. Les faisceaux seront de retour dans le LHC début mai, et le reste de l'année sera consacrée pour l'essentiel à la physique proton-proton, avec comme toujours une alternance entre programmes de développement de la machine et exploitations spéciales pour la physique. Après évaluation des limites posées à la luminosité de crête du fait des effets de nuages d'électrons, du système cryogénique et d'autres facteurs, des estimations de luminosité pour les années à venir ont également été réalisées : en 2017, la luminosité de crête devrait être d'au moins 1,7 x 1034 cm-2 s-1 et l'objectif de luminosité intégrée pour ATLAS et CMS est de 45 fb-1.

S'agissant du fonctionnement futur du LHC, la question du relèvement d'énergie du faisceau, avec un passage de 6,5 à 7 TeV par faisceau, soit l'énergie nominale de la machine, reste ouverte. Pour recueillir des éléments sur le comportement des aimants à haut rendement, une campagne d'entraînement des dipôles a été effectuée au début de l'arrêt technique de fin d'année (CERN Courier, mars 2017, p. 9). Les éléments recueillis lors de ces essais et des campagnes d'entraînement précédentes ont été examinés, et le calendrier possible ainsi que les risques associés au relèvement d'énergie à 7 TeV, y compris les conséquences pour d'autres systèmes du complexe d'accélérateurs, comme l'arrêt de faisceau du LHC, ont été étudiés. Il n'y aura aucun changement dans l'énergie des faisceaux en 2017 et 2018. L'objectif est de préparer le LHC à fonctionner à 14 TeV pendant la troisième période d'exploitation ; les expériences ont exprimé clairement leur préférence pour un relèvement d'énergie en une seule étape.

En ce qui concerne le futur à plus long terme du LHC, le LHC à haute luminosité (HL-LHC) supposera des conditions exigeantes pour les faisceaux de protons et d'ions issus du complexe d'injecteurs. Dans le cadre du projet d'amélioration des injecteurs du LHC (projet LIU), il sera nécessaire de planifier et de mettre à exécution des améliorations de grande envergure du complexe pour répondre à ces besoins. Le projet LIU et le projet HL-LHC ont tous deux fait l'objet d'un examen des coûts et des calendriers, et s'avèrent conformes au calendrier et au cadre financier prévus. Les améliorations des injecteurs seront déployées pendant le deuxième long arrêt (LS2) en 2019-2020 ; quant au HL-LHC, la plupart des travaux nécessaires auront lieu durant le troisième long arrêt (LS3), prévu en 2024.

Alors qu'il ne reste que deux ans d'ici au prochain long arrêt, la planification du LS2 est déjà bien avancée. Pour ce qui concerne le LHC lui-même, il n'y aura pas autant d'interventions que lors du LS1. Néanmoins, le programme des travaux sur l'ensemble du complexe est important : il prévoit des améliorations majeures des injecteurs dans le cadre du programme LIU, et des améliorations importantes pour les expériences LHC.

Le fonctionnement du LHC et du complexe d'injecteurs ont été tout à fait remarquables ces derniers temps, mais le travail se poursuit sans trêve dans toute l'Organisation pour qu'il soit possible de tirer le meilleur parti du LHC aussi bien à moyen qu'à long terme.