La collaboration LHCb célèbre le succès de son aimant
Le 9 novembre, une étape majeure a été franchie par la collaboration LHCb : l'aimant de l'expérience a atteint sa pleine valeur de courant et son champ magnétique nominal.
Des bouteilles de champagne ont été débouchées dans la salle de contrôle souterraine du Point 8 dans la nuit du 9 novembre pour fêter le succès de l'aimant de LHCb qui a atteint la pleine valeur de son champ magnétique. Dans une atmosphère détendue après la tension accumulée pendant les nombreux mois de préparation, l'équipe de l'aimant du LHCb et toutes les autres équipes qui étaient « sur le pont » pour la mise en service se sont réunies pour porter un toast à ce succès commun qui représente une étape cruciale pour l'expérience LHCb. La mise en service donne une première confirmation que les bobines, dont le poids atteint presque 60 tonnes, ainsi que la culasse en fer de 1500 tonnes, se comportent comme prévu et que les systèmes d'alimentation en énergie, de refroidissement et de contrôle fonctionnent correctement.
En avril dernier, l'aimant a été rapproché de son emplacement définitif dans la cavité souterraine (voir le Bulletin du 26 avril 2004). Ensuite, avec l'aide de membres du groupe TS/SU, l'équipe de l'aimant a utilisé des techniques de métrologie optique pour aligner l'axe mécanique de cette gigantesque structure à quelques millimètres de sa position finale par rapport au point d'interaction prévu des faisceaux du LHC. Puis, pendant plusieurs semaines, l'équipe a connecté et contrôlé l'alimentation électrique et le système de refroidissement par eau de l'aimant. La mise en service a été le point culminant des efforts conjugués de nombreuses personnes, commencés il y a plus d'un an et qui ont fait de l'aimant de LHCb le premier aimant d'une expérience LHC installé dans sa position finale et mis en service, en apportant la preuve qu'il fonctionne selon les spécifications.
L'aimant présente une forme d'entonnoir caractéristique, conçue pour capturer un maximum du cône de particules qui jaillira du point d'interaction où les deux faisceaux de protons du LHC entreront en collision. Il ne s'agit pas d'un aimant supraconducteur, mais d'un aimant classique consommant 4,2 mégawatts d'énergie électrique, ce qui signifie qu'il produira beaucoup de chaleur et qu'il nécessite donc un système de refroidissement puissant, avec un énorme débit de 150 mètres cubes par heure d'eau déminéralisée qui s'écoule à travers des conducteurs creux en aluminium et des conduites de refroidissement.
Outre les essais de l'aimant lui-même, l'équipe a commencé des mesures préliminaires du champ autour de l'aimant. Elle a mesuré en premier lieu le champ de fuite à proximité de la centrale cryogénique de la machine LHC, distante de quelques mètres seulement du système magnétique. Dans un autre essai, l'équipe a perché un caisson ARMCO en fer à parois épaisses, de la taille d'un réfrigérateur, sur des blocs de béton à une grande hauteur au-dessus du sol de la cavité souterraine. Ce caisson protégera les détecteurs de photons du système RICH2 de LHCb, et l'équipe souhaitait mesurer le champ magnétique à l'intérieur du caisson. Les deux tests ont confirmé les analyses au stade de la conception ; ils ont montré que le champ de fuite était conforme aux calculs et ne devrait pas nuire au fonctionnement des détecteurs qui seront installés dans le caisson de blindage.
La collaboration LHCb se prépare maintenant à établir la carte du champ magnétique. Un bras mécanique motorisé déplacera un groupe de sondes spéciales dans l'espace entourant les pôles de l'aimant pour mesurer le champ magnétique en plusieurs millions de points. Les cartes des sondes de Hall ont été mises au point au CERN en collaboration avec l'Institut national hollandais de physique nucléaire et de physique des hautes énergies (NIKHEF). Elles sont plus précises que d'autres disponibles sur le marché et serviront également à cartographier les champs magnétiques dans les autres expériences LHC.
La collaboration dressera tout d'abord une carte de l'aimant seul. Elle installera ensuite un autre caisson de blindage en fer, cette fois en amont de l'aimant, pour le détecteur RICH1. Ce caisson devrait affecter le champ magnétique à peu près autour des pôles, et c'est la raison pour laquelle les physiciens de LHCb désirent également une cartographie précise du champ dans cette configuration. Ensuite, lorsque toutes les structures avoisinantes seront en place, on établira une carte finale du champ.
La carte du champ permettra de déterminer avec précision l'axe magnétique de l'aimant qui servira ensuite à aligner celui-ci sur l'axe du faisceau. De plus, il est essentiel d'avoir une bonne carte du champ pour mesurer avec précision l'impulsion des particules chargées qui traversent le détecteur. La carte alimentera également des simulations qui aideront les physiciens à prédire les événements qu'ils observeront lorsque l'expérience LHCb commencera à recueillir des données.
