Dernières nouvelles du LHC : passage aux ions lourds réussi

Le dernier faisceau de protons pour 2010 a été extrait du LHC le jeudi 4 novembre. Le passage des protons aux ions plomb s’est déroulé avec une aisance remarquable. Les premières collisions d’ions ont été enregistrées juste après minuit, le 6 novembre.

Le LHC a commencé à faire circuler des faisceaux d’ions plomb le jeudi 4 novembre, et les premières collisions d’ions ont été enregistrées 54 heures plus tard, le 7 novembre, à 0 h 30 CET. Des conditions stables ont été obtenues pour l’expérimentation avec ions lourds le 8 novembre, à 11 h 20 CET.

La rapidité et l’aisance avec laquelle on est passé à l’exploitation avec ions plomb s’explique par l’excellente performance de l’instrumentation de faisceau pour un nombre relativement peu élevé de charges par paquets, ainsi qu’un comportement des aimants très similaire à celui observé pendant l’exploitation avec protons, comme prévu. Ces deux éléments réunis ont permis de procéder très rapidement aux opérations d’ajustement, et des faisceaux stables avec deux paquets par faisceau ont été obtenus en seulement quelques jours. Il a alors été possible, comme précédemment avec les protons, d’augmenter progressivement le nombre de paquets : 69 paquets par faisceau à l’heure où nous imprimons ce numéro du Bulletin, l’objectif fixé pour 2010 étant de 121.

Avant de passer aux ions plomb, la machine avait fourni une luminosité intégrée de 48 pb^-1 à ATLAS et CMS (et une luminosité de crête de 2x10³² cm^-2 s^-1), avec un intervalle de 150 ns entre les paquets jusqu’au vendredi 29 octobre. Puis, pendant environ 6 jours, le LHC a fonctionné avec un intervalle de 50 ns entre les paquets afin de tester la configuration prévue pour 2011. Dans cette configuration, d’importants effets induits par le faisceau ont été observés sur le vide dans le tube de faisceau. Ces effets dépendent du nombre de paquets dans le train, de l'espacement entre les trains et de l'intensité des paquets (le seuil observé se situant aux environs de 6-8x10¹⁰ protons par paquet). Ces études préliminaires sont très précieuses car elles nous permettent de prédire le comportement de la machine avec la configuration de faisceau prévue pour 2011.

Comment produit-on un faisceau d’ions plomb au CERN ? La source d'ions plomb. Les ions plomb sont produits à partir d'atomes de plomb débarrassés de leurs électrons. L’échantillon de plomb d’une extrême pureté est chauffé à une température d’environ 500 °C. La vapeur de plomb est alors ionisée par un courant d’électrons. Les ions ainsi produits portent des charges très variables, avec un maximum aux environs de Pb29+. Ces ions sont sélectionnés puis accélérés à une énergie de 4,2 MeV/u (énergie par nucléon), avant de passer au travers d’une feuille de carbone qui les « épluche » et les transforme pour la plupart en Pb54+. Une fois accumulés, les ions Pb54+ sont accélérés à 72 MeV/u dans le LEIR (Anneau d’ions de basse énergie), puis transférés dans le PS. Celui-ci accélère le faisceau pour le porter à 5,9 GeV/u et l’envoie dans le SPS, après lui avoir fait traverser une seconde feuille qui l’« épluche » totalement en produisant des Pb82+. Le SPS porte le faisceau à 177 GeV/u, puis l’injecte dans le LHC, qui l’accélère à 2,76 TeV/u.

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Pour plus d’informations sur le passage aux ions plomb, consultez les récents communiqués de presse.

par CERN Bulletin