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Dernières nouvelles du LHC : la machine pleine à ras bord

Le 28 juin, pour la première fois de son histoire, le LHC a fait entrer en collision des faisceaux contenant 2556 paquets chacun

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Dernières nouvelles du LHC : la machine pleine à ras bord

La luminosité intégrée en fonction du temps pour 5 années d’opération du LHC. 2016 fut une année record et bien que la luminosité intégrée en 2017 ne soit pour l’heure pas très élevée, la pente de la courbe 2017 s’annonce très prometteuse.

Maintenant que la voie est libre dans le LHC, les nuages d’électrons ayant été réduits, la montée en intensité s’est poursuivie. Le nombre de paquets par faisceau a été porté à 2556, en plusieurs étapes, chaque étape comprenant une validation formelle du fonctionnement du collisionneur et de ses sous-systèmes. Mercredi 28 juin 2017, les deux faisceaux de 2556 paquets chacun sont entrés en collision dans le LHC. Il s’agit du nombre maximal de paquets qu’il est possible, à l’heure actuelle, d’injecter et de faire entrer en collision.

Le LHC a ainsi pu établir de nouveaux records :

  • La luminosité de crête a atteint 1,55x1034 cm-2s-1, niveau dépassant d’un peu plus de 10 % la valeur record de 2016, 1,4x1034 cm-2s-1, et supérieur de 55 % à la valeur nominale.
  • Le nombre de paquets, 2556, combiné à une intensité de 1,15x1011 protons par paquet, à une énergie de 6,5 TeV, signifie que l’énergie stockée dans le faisceau a atteint 300 Mj par faisceau.
  • La très bonne disponibilité de la machine a également permis une accumulation record de luminosité intégrée sur 24 heures : 0,7 fb-1.

L’objectif de luminosité intégrée pour 2017 est de 45 fb-1 ; en date du 28 juin, plus de 6 fb-1 de données avaient déjà été enregistrées par chacune des expériences généralistes, ATLAS et CMS.

Le mode standard de production de faisceau et de remplissage du LHC prévoyait 2808 paquets par faisceau avec 288 paquets par injection en provenance du SPS, chaque paquet contenant 1,15x1011 protons, pour une dimension de faisceau de 3,5 micromètres. Or, depuis 2016, un nouveau mode de production de faisceau d’une brillance beaucoup plus grande, appelé BCMS (compression, regroupement et division des lots), a été développé. Chaque paquet contient toujours 1,15x1011 protons, mais la dimension du faisceau est ramenée à environ 2,5 micromètres. Lorsque la densité du faisceau en provenance des injecteurs augmente, le nombre de collisions dans le LHC augmente également, et il en va de même pour la luminosité.

Des faisceaux plus denses signifient aussi plus d’énergie par unité de surface ; ce faisceau pourrait donc potentiellement causer des dommages plus importants aux équipements en cas de perte (par exemple dans les lignes de transfert entre le SPS et le LHC). Pour cette raison, le nombre maximal de paquets par injection en provenance du SPS est limité à 144. À cela vient s’ajouter l’écart entre les lots nécessaire pour le temps de montée du champ des aimants de déflexion rapide utilisés pour l’injection, qui a été ramené de 225 ns à 200 ns grâce à une optimisation ; le nombre maximal de paquets est par conséquent limité à 2556 par faisceau.

Cette semaine, il n’y aura pas de particules dans le LHC ; le tunnel sera occupé par de nombreuses personnes qui réaliseront, pendant ce premier arrêt technique de 2017, qui durera une semaine, des opérations de maintenance de la machine et de ses sous-systèmes.

Lorsque la machine redémarrera après cet arrêt, l’objectif sera de consolider la production de luminosité avec le nombre maximal de paquets. L’étape suivante consistera à sonder progressivement les limites actuelles en augmentant l’intensité par paquet, ce qui fera augmenter encore la luminosité.