Aujourd’hui à 13 h 51, l'ingénieur en charge du LHC au Centre de contrôle du CERN a annoncé que les faisceaux stables étaient de retour au Grand collisionneur de hadrons (LHC), donnant le coup d'envoi de la campagne 2025 de prise de données pour la physique. Nous démarrons ainsi la quatrième année de la troisième période d'exploitation* du LHC.

Cette nouvelle campagne débutera par des collisions avec protons à 13,6 TeV. Les objectifs proposés pour la luminosité intégrée pour les quatre grandes expériences du LHC sont ambitieux, puisqu’on vise presque autant qu’en 2024 et ce malgré un programme proton-proton plus court qu’en 2023. Et qui dit plus de luminosité, dit plus de collisions pour les expériences et donc plus de données. S’agissant de la campagne avec ions plomb, qui aura lieu en octobre et novembre, les enseignements tirés de la campagne 2024 pourraient permettre de nouvelles optimisations, et donc une plus grande luminosité intégrée. Grande nouveauté 2025 : le LHC connaîtra cette année sa première campagne avec ions oxygène (prévue au mois de juillet).

Mais pourquoi la campagne de physique ne démarre-t-elle qu’au mois de mai ? C’est parce qu’entre deux campagnes, les machines du complexe d’accélérateurs du CERN et leurs expériences sont mises à l’arrêt pendant plusieurs mois pour être révisées, optimisées, améliorées, durant ce qu’on appelle « l’arrêt technique hivernal » (YETS).

Cette année, on vous emmène du côté des quatre grandes expériences du LHC (ALICE, ATLAS, CMS et LHCb), qui ont enregistré en 2024 une quantité sans précédent de données, pour vous donner un aperçu des travaux et améliorations réalisés pendant le YETS 2024/2025.

ALICE

Des opérations de maintenance et des réparations mineures ont été réalisées sur plusieurs systèmes de détection et éléments d’infrastructure de l’expérience ALICE. Le projet le plus important était la rénovation du pont roulant de la caverne, menée à bien pendant l’arrêt technique hivernal. Une fuite d’eau dans le système de refroidissement d’un aimant a également été réparée. Concernant les systèmes de détection, une fuite a été réparée dans le système de refroidissement de la cage de champ de la chambre à projection temporelle, certaines chambres du spectromètre à muons ont été remplacées, et des circuits de refroidissement installés dans différents châssis électroniques du système de temps-de-vol ont été débouchés. Un dispositif d’alimentation basse tension a été mis en place dans le système de trajectographie interne. Les autres détecteurs, EMCaL, TRD et FDD, ont également été vérifiés et ont fait l’objet de réparations mineures. En outre, des améliorations de la stabilité ont été apportées au système d’acquisition des données de manière à augmenter encore la performance de l’enregistrement des données. Avec plus de 98 % des créneaux d’expérience déjà réservés, l’expérience ALICE est fin prête pour la prochaine période d’exploitation avec faisceaux de protons, d’oxygène et de plomb.

ATLAS

Des interventions clés sur toute l’expérience ont été réalisées pour assurer la performance du détecteur et la qualité des données en 2025, et pour avancer certains travaux prévus durant le troisième long arrêt (LS3). On notera en particulier le remplacement de certaines chambres à muons sur les grandes roues à muons et l'installation de nouvelles chambres dans la région située entre le tonneau et le bouchon. Le système à muons a également fait l'objet d'une importante campagne de réparation des fuites. En outre, des opérations de consolidation et de maintenance ont été effectuées sur tous les systèmes de détection, et des fuites ont été réparées dans le système de refroidissement de l’électronique frontale des calorimètres et des détecteurs de muons. Le détecteur de protons aux petits angles (AFP) d'ATLAS a été rénové et un blindage supplémentaire mis en place, parallèlement à la maintenance annuelle du système d’aimants d’ATLAS.

En préparation du LHC à haute luminosité (HL-LHC), des améliorations de l'infrastructure ont été mises en œuvre en parallèle, notamment l'installation de lignes de transfert de refroidissement au CO₂, l'installation et la connexion d'une centrale de refroidissement, ainsi que des améliorations des circuits électriques.

CMS

Le détecteur a été ouvert pour permettre la maintenance courante et des réparations mineures, et pour installer de nouveaux détecteurs destinés au système BRIL (instrumentation de faisceau, rayonnement et luminosité) au cœur de l’expérience CMS. De nouveaux détecteurs de muons ont également été installés pour améliorer l’efficacité dans les régions des petits angles. Une énorme partie de l’infrastructure prévue pour le troisième long arrêt et au-delà a également été installée, notamment un nouveau blindage avant de chaque côté, certaines des nouvelles stations souterraines de refroidissement au CO2 une nouvelle station d’air hypoxique destinée au séchage de nouveaux détecteurs, après leur installation durant le troisième long arrêt, et un grand nombre des lignes de transfert qui achemineront le CO2 vers ces nouveaux détecteurs.

Suite à la fermeture de CMS, la prise de données a repris avec la campagne CRUZET (Cosmic Runs at Zero Tesla) visant à tester l’ensemble du matériel et des logiciels, ainsi que les systèmes de contrôle et de surveillance de la nouvelle salle de contrôle de CMS. L’aimant a ensuite été réalimenté et la campagne CRAFT (Cosmic Rays at nearly Four Tesla) a permis les premières vérifications de l’alignement des détecteurs.

LHCb

Les capteurs du localisateur de vertex (VELO) ont été rapprochés du faisceau, atteignant leur emplacement nominal à 5,1 mm du cœur du faisceau. L'électronique de lecture du trajectographe situé en amont (UT) a été reprogrammée pour améliorer la vitesse et la stabilité. Les fibres du trajectographe à fibres scintillantes (SciFi) et du système RICH, ainsi que les fenêtres des photomultiplicateurs du système RICH, ont été soigneusement nettoyées. De nouvelles mesures du champ magnétique ont été effectuées pour améliorer la connaissance de la carte du champ et mieux déterminer l’impulsion des particules, et le système d'alimentation en gaz de SMOG2 a été amélioré avec des bouteilles de gaz à une pression beaucoup plus élevée, ce qui permet un fonctionnement continu plus long. D'une manière générale, tous les sous-détecteurs de LHCb, y compris le système calorimétrique (CALO) et les chambres à muons (MUON), ont reçu des améliorations importantes.

La machine LHC est donc officiellement à nouveau opérationnelle. La montée en énergie a démarré, les faisceaux atteindront bientôt leur intensité nominale (6,8 TeV) et les expériences LHC commenceront dans peu de temps à collecter des données de collision.

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* La première période d’exploitation a eu lieu de 2010 à 2012, la deuxième de 2015 à 2018, et la troisième a démarré en 2022 et s’achèvera en 2026. Les périodes d’exploitation sont entrecoupées de longs arrêts techniques, au cours desquels d’importants travaux d’amélioration sont réalisés.