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Dernières nouvelles du LHC : encore mieux que prévu

Alors que l’exploitation 2016 touche à sa fin, la machine dépasse les attentes de ses concepteurs

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Dernières nouvelles du LHC : encore mieux que prévu

Luminosité intégrée enregistrée par le LHC avec des collisions proton-proton en 2016 comparée aux luminosités intégrées obtenues les années précédentes. La luminosité intégrée obtenue en 2016 dépasse largement la valeur escomptée. (Image : CERN)

Le 5 décembre, l’exploitation 2016 du LHC a pris fin, mettant ainsi un terme à la première année complète de prise de données avec une énergie de faisceau de 6,5 TeV. Durant l’année écoulée, la machine a fourni à ATLAS et CMS une luminosité de crête en mode proton-proton bien supérieure aux valeurs nominales, combinée à une excellente disponibilité. ALICE et LHCb ont également pu bénéficier d’une exploitation continue avec une luminosité nivelée conforme aux valeurs demandées. Les fortes luminosités intégrées obtenues au final en 2016 (40 fb-1 pour ATLAS et CMS, 1,9 fb-1 pour LHCb et 13,4 pb-1 pour ALICE) témoignent des efforts immenses accomplis pour préparer le faisceau dans les injecteurs et de l’excellente performance des systèmes des accélérateurs. Elles montrent aussi à quel point la machine est maintenant comprise et maîtrisée, ce qui permet d’avoir une performance maximale, tout en faisant passer sans relâche, et en toute sécurité, les faisceaux à travers un cycle d’exploitation complexe.

Cette maîtrise de la machine se traduit aussi par la souplesse dont fait preuve le LHC pendant les cycles d'exploitation spéciaux ainsi que les périodes de fonctionnement pour un programme de développement de la machine dynamique et diversifié. En 2016, parmi les cycles d’exploitation spéciaux, il y a eu une configuration très difficile, avec des faisceaux très larges aux points d’interaction à ATLAS et CMS, destinée aux expériences à petits angles (ALFA, TOTEM et AFP), qui ont pu ainsi étudier le régime de diffusion élastique proton-proton à très petit angle. C’est toutefois en fin d'année que le LHC a montré toute sa maturité.

L’exploitation 2016 a pris fin avec quatre semaines très fructueuses de collisions proton-plomb. Les expériences avaient demandé diverses conditions d’exploitation très spécifiques, à deux énergies de collision différentes.

Un élément essentiel de la stratégie d’exploitation proton-plomb consistait à avoir une période initiale de collisions très efficace à 5,02 TeV, avec une luminosité nivelée de valeur moindre pour une prise de données spéciale à ALICE. Cela a permis d’avoir des cycles très longs ; ainsi, la semaine du 10 novembre, le LHC a passé 75,8 % du temps de fonctionnement en mode collision en « faisceaux stables » à luminosité constante, établissant ainsi un nouveau record avec le cycle le plus long qui soit (près de 38 heures).

Les retards initiaux ont ensuite été rattrapés. La pression n’a toutefois pas diminué pour de nombreuses équipes, qui ont dû préparer une nouvelle configuration pour l'énergie maximale de 8,16 TeV. Les cycles sont devenus plus courts à mesure que le faisceau de plomb se consumait à haute luminosité.

Une semaine plus tard, après une brève période d’exploitation pour l’expérience LHCf, les sens des faisceaux ont été inversés pour une autre phase de réglage.

Grâce à la performance des injecteurs et à un certain nombre d’améliorations apportées au LHC, la luminosité a été multipliée par 7,8 par rapport à la valeur nominale fixée il y a quelques années. Elle aurait même pu être encore plus élevée, mais le flux intense de débris de collision aurait alors risqué de provoquer des transitions résistives au niveau des aimants avoisinants.

Le dernier jour de l’exploitation, le LHC a repris sa configuration initiale et terminé la prise de données à 5,02 TeV.

Au terme de l’exploitation proton-plomb 2016, chacun des objectifs prioritaires d’ATLAS, de CMS, d’ALICE et de LHCb a été largement dépassé. Ainsi, la luminosité intégrée fournie à ATLAS et à CMS à 8,16 TeV a atteint environ 190 nb-1, près de deux fois l’objectif fixé. Une fin de saison réussie pour une grande année de performance du LHC.