Dernières nouvelles du LHC : une année riche en événements

Le Centre de contrôle du CERN en 2017. Le complexe d'accélérateurs et le LHC ont accumulé un nombre de données record en 2017. (Image : Julien Ordan/CERN)

Le dernier faisceau de protons de 2017 qui a circulé dans le LHC a été arrêté le 4 décembre, aux alentours de 4 heures du matin. La machine a été éteinte et l’hélium stocké à la surface. Bientôt, à la place des protons, ce sont des personnes qui parcourront le LHC afin de réaliser des opérations de maintenance et d’amélioration avant la reprise de la physique, au printemps 2018.

Le mois de décembre est un bon moment pour revenir sur l’année écoulée, qui a été riche en événements et en péripéties.

Le 29 avril, le premier faisceau a été injecté après l’arrêt hivernal prolongé (EYETS). La machine a ensuite été mise en service avec un nouveau système d’optique utilisant la configuration de compression télescopique achromatique (ATS) ; celle-ci permet de réduire les dimensions du faisceau (paramètre beta*) au cœur des expériences.

Moins d’un mois plus tard, le 23 mai, les premiers faisceaux stables ont été déclarés ; ils ne contenaient que quelques paquets, mais les expériences ont pu commencer à enregistrer des données. Une courte période de mise en service et de montée en intensité « alternées » a ensuite commencé ; elle a également comporté une phase de nettoyage d’une semaine, visant à réduire l’émission d’électrons dans les tubes de faisceaux. Il est en effet important de réduire les nuages d’électrons dans la chambre à vide, car ceux-ci peuvent déstabiliser le faisceau. Le 29 juillet, des faisceaux contenant 2556 paquets ont été déclarés stables et peu après, le 29 août, un nouveau record de luminosité de crête a été établi : 1,74x1034 cm-2s-1, soit près de 75 % de plus que la luminosité nominale.

Pendant la montée en intensité qui s’est soldée par cette luminosité de crête record, les premiers signes d’un problème dans la cellule 16L2 sont apparus, et des pertes de faisceau ont été observées. Le 10 août, afin de résoudre le problème surnommé 16L2, l’écran de faisceau a été réchauffé afin de faire évaporer d’éventuelles molécules d’oxygène ou d’azote gelées et de les condenser sur la paroi intérieure du tube. Cette méthode, qui a porté ses fruits dans le passé en d’autres points de la machine, n’a cette fois malheureusement pas fourni les résultats escomptés, et il n’a pas été possible de conserver les 2556 paquets dans le LHC.

Une courte période de performance réduite pour les faisceaux a commencé. Cela a été l’occasion pour les injecteurs de faire montre de leur extrême souplesse s’agissant de produire diverses configurations de faisceau ; le faisceau appelé « 8b4e » (huit paquets et quatre places vides) a donc pu être créé. Il a ainsi été possible d’augmenter à nouveau le nombre de paquets dans le LHC, à mesure que la production de nuages d’électrons, soupçonnée de contribuer aux arrêts de faisceaux en raison du problème 16L2, était réduite. Le faisceau standard 8be4 a été utilisé par le LHC à partir du 4 septembre mais le développement de cette configuration a continué du côté des injecteurs, et le 2 octobre une version plus brillante de ce faisceau a été fournie au LHC. Pendant ce temps, le LHC a également commencé à utiliser l’optique ATS, et le paramètre beta* est ainsi passé de 40 à 30 cm, ce qui a permis d’augmenter la luminosité des expériences.

Le 30 octobre déjà, l’objectif de luminosité pour 2017 a été atteint, et le niveau de 45 fb-1 a été dépassé. Le 2 novembre, des faisceaux déclarés stables ont atteint une luminosité de crête de 2,05 x 1034cm-2s-1, soit plus de deux fois la luminosité nominale. Lorsque l’exploitation principale avec protons a pris fin, le 11 novembre, plus de 50 fb-1 avaient été fournis à chacune des expériences ATLAS et CMS. Une exploitation pour la physique spéciale et un programme intensif de développement machine ont ensuite eu lieu, et ils se sont terminés à l’aube du 4 décembre, concluant cette belle campagne 2017.

Si le groupe chargé des opérations est souvent à l’honneur quand il s’agit de faire fonctionner le complexe d’accélérateurs, il faut souligner que les résultats de cette année ont été obtenus grâce au travail d’une bien plus grande équipe. Cette équipe est composée de personnes de nombreux groupes et de plusieurs départements. Un grand merci à toutes ces personnes pour tout leur travail, leur soutien, leurs idées et leur dévouement.

Nous pouvons par conséquent tous garder le souvenir d’une année bien remplie et réussie. Nous pouvons aussi nous réjouir de profiter d’une courte pause pendant les fêtes de fin d’année, avant le redémarrage du complexe d’accélérateurs au printemps, avec une énergie nouvelle.