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Dernières nouvelles du LHC : jouer sur les angles

Après une période de développement de la machine, le LHC est prêt pour une semaine d'exploitation spéciale

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Dernières nouvelles du LHC : jouer sur les angles

L’angle de croisement est un des paramètres essentiels de la machine. Il doit être assez grand pour réduire l’effet faisceau‑faisceau à longue portée.

Récemment, le LHC a connu une période de fonctionnement stable, avec un nouveau record de 3,29 fb-1 pour la luminosité sur sept jours, enregistré pour la période allant du 19 août au 4 septembre. Le nombre de paquets par faisceau a été maintenu à 2 220 en raison des limites imposées par le dispositif d’arrêt de faisceau du SPS, ainsi que du dégazage observé au point 8, près d'un des aimants d'injection à déflexion rapide. Ces deux problèmes seront corrigés durant l’arrêt technique hivernal, ce qui devrait permettre une amélioration de la performance en 2017.

Une période de développement de la machine (MD) de deux jours a eu lieu les 10 et 11 septembre. Le programme prévoyait notamment d’étudier la possibilité de réduire l’angle de croisement aux points d’interaction à haute luminosité. L’angle de croisement est un des paramètres essentiels de la machine. Il s’agit d’éviter des collisions indésirables de paquets de part et d’autre du point d'interaction lorsque les faisceaux circulent dans un seul tube de faisceau. Malgré cet angle, les paquets interagissent par le biais d’interactions électromagnétiques à longue portée. L'angle de croisement doit donc être assez grand pour assurer une séparation suffisante, réduisant à un niveau acceptable l’effet faisceau‑faisceau à longue portée.

Augmenter l’angle de croisement présente toutefois un inconvénient certain : cela réduit la luminosité, le facteur de réduction dépendant de l'angle de croisement, de la longueur du paquet et de la dimension du faisceau. Avec les paramètres actuels du LHC, les expériences opérant à haute luminosité ne détectent qu’environ 60 % de ce qu’elles pourraient voir si l’exploitation était possible sans angle de croisement.

Deux mesures sont envisagées pour améliorer ce résultat. La première d’entre elles est la réduction de l’angle de croisement au début d’un cycle, qui est faisable parce que les faisceaux en provenance des injecteurs n'atteignent pas la taille nominale ; or des faisceaux plus fins présentent une meilleure séparation du point de vue des interactions à longue portée. Le but est que l’exploitation pour la physique reprenne avec un angle de croisement réduit, passant de 370 à 280 microradians pour les derniers mois de l’année, ce qui devrait conduire à une augmentation d’environ 15 % de la luminosité de crête. La deuxième mesure, qui a fait l’objet de tests lors de la période de développement de la machine, consiste à réduire progressivement l'angle de croisement pendant un cycle à mesure que le nombre de paquets diminue. Cette manœuvre ne sera pas effectuée cette année, mais on pourra y recourir en 2017 après avoir procédé aux tests nécessaires.

La période de développement de la machine a été suivie d’un arrêt technique de cinq jours. Une des principales interventions effectuée à cette occasion a consisté à remplacer les traversées du transformateur qui avaient été endommagées par une fouine au printemps.

Enfin, une période d'exploitation spéciale de quatre jours a commencé le 19 septembre pour des expériences de physique aux petits angles, dont le but est de mesurer la diffusion élastique proton-proton à petit angle. Pour en savoir plus sur cette exploitation spéciale, voir ici