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LHC : préparer les collisions à 13 TeV

Les protons à présent de retour dans le LHC, les opérateurs s’attachent à régler précisément la machine en vue des premières collisions à 13 TeV.

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LHC : préparer les collisions à 13 TeV

Les opérateurs du LHC passeront les prochaines semaines à tester et vérifier l’ensemble des sous-systèmes de l’accélérateur au Centre de contrôle du CERN (Image : Maximilien Brice/CERN)

Dimanche dernier, des faisceaux de protons ont circulé dans le Grand collisionneur de hadrons (LHC) pour la première fois depuis deux ans, après d'importants travaux de maintenance et d'amélioration dans la machine. Au Centre de contrôle du CERN, les opérateurs et les spécialistes des systèmes du LHC ont maintenu les faisceaux à leur énergie d’injection, soit à 450 gigaélectronvolts (GeV), bien en-deçà du niveau visé - 6,5 téraelectronvolts (TeV) par faisceau. À présent, les opérateurs testent les sous-systèmes de l'accélérateur et optimisent les paramètres de faisceau en vue d'augmenter l'intensité du faisceau et de monter progressivement en énergie.  

C’est seulement lorsque la machine sera bien réglée, et que les équipes annonceront des faisceaux stables à 6,5 TeV par faisceau en conditions de collisions, que l’on pourra commencer à acquérir des données de physique.

Ce travail prendra plusieurs semaines.

« Des faisceaux à l’énergie d’injection sont un bon moyen de vérifier que tout fonctionne comme il faut, explique Ronaldus SuykerBuyk, l’un des opérateurs du LHC. Par exemple, nous utilisons ces faisceaux de basse intensité pour nous assurer que notre équipement de diagnostic de faisceau fonctionne normalement et qu’il est bien étalonné. »

Avant les premières collisions, les équipes s’attachent essentiellement à vérifier et revérifier un grand nombre de sous-systèmes du LHC, par exemple, le sous-système de protection de la machine, conçu pour protéger le LHC de ses propres faisceaux. Il comprend l’absorbeur de faisceau, le système de verrouillage de faisceau, les collimateurs et les dispositifs de mesure de l’énergie des faisceaux. En outre, des « cartographies de pertes de faisceau » signalent aux équipes toutes les pertes de particules le long de l’anneau. Il faut mentionner également l’instrumentation de faisceau, qui comprend les détecteurs de position de faisceau, les détecteurs de perte de faisceau et un détecteur de rayonnement synchrotron, entre autres. Sans oublier les systèmes liés aux radiofréquences, au vide, à l’optique de faisceau et à l’injection, qui doivent tous être testés et revérifiés. 

#LHCrestart
De nombreux sous-systèmes contrôlent la qualité du faisceau dans le LHC (Image : Maximilien Brice/CERN)

Malgré la complexité du LHC, le processus d’augmentation de l’énergie des faisceaux est relativement simple : il s’agit d’augmenter progressivement le courant dans les aimants et de permettre au système radiofréquence d’accroître l'énergie des faisceaux.

Le courant dans les aimants (et donc le champ magnétique subi par le faisceau) est augmenté progressivement à mesure que s’accroît l’énergie du faisceau. Les dipôles principaux fournissent la force centripète nécessaire pour incurver la trajectoire du faisceau le long de l’anneau. D’autres aimants, notamment les quadripôles, doivent suivre de près l’augmentation du champ des dipôles.

« La machine se comporte comme prévu à 450 GeV, indique Mike Lamont, membre de l’équipe chargée des opérations. Nous faisons à présent circuler un seul paquet de protons, et nous l’utilisons pour tester nos différents sous-systèmes. Le paquet contient actuellement environ 5 milliards de protons.  Lorsque le LHC sera prêt, nous porterons ce nombre à 120 milliards de protons par paquet, la valeur nominale, et nous nous attacherons à régler précisément la machine en vue des collisions. »

Pour l’instant, l’équipe a choisi d’y aller en douceur, prévoyant de n’injecter que trois paquets de protons à l’intensité nominale pour les premières tentatives de collisions, attendues dans les semaines à venir.