Dans les 27 km du Grand collisionneur de hadrons (LHC) se succèdent des milliers d’aimants de différents types – dipôles, quadripôles, sextupôles, octupôles, décapôles, etc. – qui jouent chacun un rôle bien spécifique. Parmi eux, les triplets internes – des ensembles de trois quadripôles (d’où leur nom) –, situés de part et d’autre des quatre grandes expériences du LHC, focalisent très fortement les faisceaux avant qu’ils n’entrent en collision au cœur des détecteurs. Les faisceaux doivent en effet être « comprimés » autant que possible afin d’augmenter la probabilité que les particules se rencontrent. Ces aimants sont donc essentiels pour augmenter la luminosité du LHC, c’est-à-dire le nombre de collisions se produisant pendant un laps de temps donné. Plus la luminosité est élevée, plus les expériences récoltent de données. 

Ce qui nous amène au futur LHC à haute luminosité (HiLumi LHC) et au remplacement des triplets internes actuels. Cette opération majeure du troisième long arrêt technique (LS3) a commencé récemment et le découpage de la première interconnexion entre aimants a eu lieu cette semaine. À cette occasion, le Directeur général du CERN, Mark Thomson, s’est rendu aujourd’hui au point 1 du LHC (expérience ATLAS) pour marquer symboliquement le début de l’opération.

« Le remplacement de ces aimants par les nouveaux triplets internes du HiLumi LHC est crucial pour les prochaines années à haute luminosité. Le premier quadripôle des nouveaux triplets devrait faire son entrée dans le tunnel début 2029. Au total, 16 cryostats et 28 ensembles cryogéniques seront installés – une tâche de très grande ampleur », explique Jean-Philippe Tock, responsable de l’équipe chargée de la coordination du LS3.

Fruit de nombreuses années de recherche et développement, les nouveaux triplets internes représentent une avancée majeure par rapport aux aimants en niobium-titane actuellement installés dans le LHC. Leurs bobines supraconductrices en niobium-étain leur permettent de produire des champs magnétiques de 11,3 teslas, environ 40 % plus intenses que ceux générés par les aimants actuels. Ils seront installés autour des expériences ATLAS et CMS, car ALICE et LHCb, qui ont des programmes de physique et des régimes de fonctionnement différents, ne nécessitent pas la même augmentation de luminosité instantanée et pourront donc conserver les triplets internes actuels, qui seront cependant améliorés pour que ces expériences puissent elles aussi profiter de l’augmentation de la luminosité.

Depuis le 7 septembre, les équipes ont ainsi commencé le démantèlement des sections situées de part et d’autre d’ATLAS et CMS, pour démonter les quelque 28 aimants supraconducteurs, y compris les triplets internes, qui doivent être remplacés.

« L’événement d’aujourd’hui est majeur pour le CERN et en particulier pour l’équipe du projet HiLumi LHC. Les triplets internes actuels datent de la phase de construction du LHC ; ils ont été installés dans la machine entre 2005 et 2007. Après près de vingt ans de fonctionnement, ils vont laisser place à une nouvelle génération d’aimants encore plus performants. C’est remarquable d’assister à un tel passage de relais d’innovations », salue Markus Zerlauth, chef du projet HiLumi LHC.