La campagne avec protons 2024, marquée par des collisions de protons à une énergie de 6,8 TeV, s'est achevée au LHC le 16 octobre. Elle a dépassé les attentes, avec 11 % de collisions en plus que prévu. Prochaine étape : un programme de développement machine de quatre jours, avant que le LHC ne se prépare pour sa dernière exploitation de l'année, celle avec ions plomb, qui doit se terminer le 25 novembre à 6 heures du matin.

La transition entre la fin de la campagne avec protons et le début de la campagne avec ions plomb est un moment idéal pour revenir brièvement sur ce qui a été accompli jusqu'à présent. La campagne avec protons 2024 avait débuté le 11 mars par quatre semaines de mise en service avec faisceau, au cours desquelles les équipes ont mis en place avec succès un nouveau système d'optique à « polarité inversée » pour le LHC. L'objectif était de réduire les effets des rayonnements sur les aimants principaux situés à proximité de l'expérience ATLAS (voir l’article du 14 mars 2024). Le 5 avril, le LHC avait déjà produit des faisceaux stables et des collisions avec un petit nombre de paquets de protons et les expériences ont commencé à collecter des données avec trois jours d'avance sur le programme.

L’intensité du faisceau a augmenté sans heurt, pour atteindre 1 800 paquets par faisceau, mais, le 17 avril, des pertes de faisceau inattendues se sont produites, indiquant que la hiérarchie de collimation était rompue (voir l’article du 3 mai).

Les performances de la machine ont été limitées pendant la réalisation d’études et de tests approfondis, qui ont permis de mettre au point une solution efficace. Celle-ci a été mise en œuvre et validée après l'arrêt technique programmé (du 10 au 15 juin 2024). La dernière étape de la montée en intensité avait néanmoins pu être achevée le 29 avril, lorsque nous avons réussi à injecter 2 352 paquets par faisceau.

Par ailleurs, les injecteurs du LHC sont passés à un nouveau mode de production de faisceau, appelé BCMS (« compression, regroupement et division des lots »), caractérisé par un faisceau d’une plus grande brillance et conçu pour produire davantage de collisions (voir l’article du 30 mai). De plus, le 24 avril, le comité de la machine LHC a approuvé une prolongation de quatre semaines de la campagne 2024 du LHC, portant l'objectif de luminosité de 90 fb⁻¹ à 110 fb⁻¹.

Après l'arrêt technique de juin, le redémarrage de la production de luminosité a été difficile et la progression s’est révélée dans un premier temps en-deçà des prévisions. Cependant, à la mi-août, le rythme s'est accéléré et le LHC a dépassé les attentes, fournissant une luminosité intégrée finale de 124 fb⁻¹ pour ATLAS comme pour CMS, un chiffre supérieur d’environ 11 % à l'objectif fixé (110 fb⁻¹). LHCb et ALICE ont également dépassé leurs objectifs, parvenant à produire une luminosité intégrée respectivement de 10,6 fb⁻¹ et 61,6 pb⁻¹.

Entre le début de l’exploitation pour la physique, le 25 avril, et l’achèvement de la campagne avec protons, le 16 octobre, le LHC a été opérationnel 73 % du temps et en mode collision 52 % du temps. Cette performance remarquable n'aurait pas été possible sans la disponibilité, la performance et la flexibilité exceptionnelles du complexe d'injecteurs, qui s'est continuellement adapté aux besoins du LHC et a permis d’augmenter les performances des machines chaque fois que cela était possible.

Au terme du programme de développement machine de quatre jours du LHC, un arrêt technique de trois jours aura lieu en préparation de la campagne avec ions plomb qui suivra. Il est intéressant de noter que la campagne avec ions plomb ne se limite pas à des collisions d'ions plomb. En effet, une brève période de collisions proton-proton à 2,68 TeV est également prévue. Cette étape sert en quelque sorte d'étalonnage pour les collisions d’ions plomb.

Une fois les faisceaux de protons et d'ions plomb paramétrés, on prévoit six jours de collisions proton-proton à 2,68 TeV, suivis de 19 jours de collisions plomb-plomb. Ce dernier type de collisions est particulièrement délicat. Au cours de la campagne de 2023, on avait enregistré pendant l’accélération des pertes de faisceaux dans le LHC, ce qui avait conduit à un arrêt prématuré des faisceaux ; en outre, l'expérience ALICE avait observé un important bruit de fond, ce qui avait compliqué la collecte de données (voir l’article du 12 octobre 2023). Pour remédier à ces problèmes, les équipes ont mené des études et des tests approfondis et plusieurs améliorations ont été mises en œuvre, ce qui a permis d'atteindre un niveau record de collecte de données pour ALICE.

D’autres améliorations doivent toutefois encore être apportées en ce qui concerne la performance du faisceau et le bruit de fond pour que la campagne avec ions plomb 2024 se déroule sans embûche. Affaire à suivre donc !