Dernières nouvelles du LHC : Un vide trop peuplé

Le graphique montre la luminosité intégrée actuelle par rapport aux années précédentes. Malgré un temps de fonctionnement réduit du LHC en 2017, en raison de l'arrêt EYETS, l'objectif pour 2017 est 45 fb^-1

Ces derniers temps, les réunions au Centre de contrôle du CERN (CCC) ont été dominées par la question de la cellule « 16L2 ». De quoi s'agit-il ? La majorité des extractions de faisceaux opérées récemment ont pour origine cette cellule, et l'hypothèse a été émise que cela est dû à la présence de gaz dans les tubes à vide - il y aurait quelque chose dans le vide.

Le code « 16L2 » désigne un groupe (une « cellule ») constitué de trois dipôles, d'un quadripôle et d'aimants de correction, situé 16 cellules à gauche (left en anglais) du point 2 du LHC. Dès le redémarrage du LHC au printemps dernier, il semble que cette partie de la machine ait présenté quelques problèmes. Comme expliqué dans le dernier article « Dernières nouvelles du LHC », l'application d'un champ magnétique a contribué à atténuer les pertes, si bien que la machine a pu fonctionner avec 2556 paquets. 

Néanmoins, il était important de rechercher les causes du phénomène. Une explication possible était l'entrée d'air dans les tubes à vide de la cellule au cours de l'arrêt EYETS ; cet air serait resté emprisonné à proximité de l'écran de faisceau. Dans ce cas, réchauffer l'écran de faisceau, normalement à 20 K, jusqu'à 80K devait permettre de faire sortir le gaz résiduel et de le laisser se condenser sur le tube à vide à 1,9 Kelvin situé alentour.  Le 10 août, les équipes ont procédé à ce « lessivage » de l'écran de faisceau. L'opération n'a pas eu les résultats escomptés, et n'a pas produit les effets observés précédemment dans d'autres parties de la machine. Plus grave, le champ magnétique réparateur n'avait plus d'effet et on n'avait plus 2556 paquets de protons circulant dans le faisceau, comme auparavant. Les opérateurs ont réduit le nombre de paquets à 600, puis ont augmenté progressivement la densité pour atteindre 1700 paquets, ce qui a permis de  faire de la physique avec à peu près la luminosité nominale, soit 1x1034 cm-2s-1. Ils ont fait varier l'intensité du faisceau, mais ont quand même rencontré des problèmes avec la cellule 16L2. Malgré ces inconvénients, la disponibilité de la machine est restée élevée et de longs remplissages ont permis d'arriver à des augmentations de la luminosité intégrée.

Cependant, étant donné la nécessité pressante de produire de la luminosité pour les expériences, le 16 août, le comité de la machine LHC a constitué une équipe spéciale, sous la direction de José Miguel Jiménez, chargée d'étudier les problèmes de la 16L2 et de proposer une solution. D'après les statistiques actuelles, il semble qu'il n'y ait pas de corrélation directe entre le nombre de paquets et le nombre d'extractions de faisceaux ; c'est pourquoi l'équipe spéciale prévoit à présent des essais avec des faisceaux comportant jusqu'à 2200 paquets (le maximum réalisé l'année dernière), qui permettront d'évaluer la situation. On procède à présent aux essais, en ayant à l'esprit l'objectif ambitieux retenu pour la luminosité intégrée cette année, à savoir 45 fb-1, contre 40 fb-1 en 2016. 

Coupe transversales d'un prototype de tube de faisceau du LHC montrant les écrans de faisceau. Les fentes pratiquées dans les écrans permettent aux molécules de gaz résiduel de traverser l'écran pour aller se coller aux parois froides du tube à 1,9 K. (Image : Patrice Loïez, Peter Rakosy, Laurent Guiraud/CERN)