Panorama : le SPS en 2012

Le SPS n’est pas un nouveau venu parmi les accélérateurs, mais il reste aussi essentiel au programme de recherche du CERN qu'à l'époque où il a contribué à la découverte des bosons W et Z, en 1983. Le Bulletin du CERN vous raconte aujourd'hui comment le SPS a suivi l'évolution des accélérateurs plus récents du CERN.

Les équipes changent un aimant du SPS au cours d'un arrêt technique. (Image de Franck Bais).

Années 1970 : le Supersynchrotron à protons (SPS) tient le haut de l'affiche. Il accélère les protons à une énergie de 400 GeV - un record pour le CERN - et c'est le premier (et le seul à ce jour) accélérateur du CERN dont l'exploitation aboutira à un prix Nobel. 2012 : le SPS fonctionne à 450 GeV, c’est-à-dire bien plus que ses paramètres nominaux initiaux, et constitue une pièce essentielle du complexe d’accélérateurs desservant le LHC. Pas trop mal pour une machine qui approche ses 40 ans.

Même si une grande partie du SPS est d'origine, la machine a connu une évolution incessante au fil des années. Mis à part un long arrêt technique en 2005, pendant l’installation du LHC, le SPS n’a pas pris beaucoup de vacances ces dernières années. « Le SPS a beaucoup de responsabilités : il alimente non seulement le LHC, mais aussi les expériences de la zone Nord et CNGS, explique David McFarlane, coordinateur technique du SPS au département Ingénierie. Et donc, même quand le LHC est à l’arrêt, le SPS doit fonctionner. »

Depuis le démarrage du LHC en 2008, le SPS n’a connu que de brefs arrêts, allant d’une seule journée à quelques semaines. Le dernier arrêt hivernal, par exemple, a duré près de quatre mois pour le LHC : il s’agit du temps écoulé entre l’arrêt du faisceau dans la machine et l'injection d'un nouveau faisceau lors de sa remise en route. Le SPS, lui, ne peut pas être arrêté si longtemps, car il faut un certain temps pour redémarrer la chaîne qui fournit son faisceau au LHC  : « Le dernier arrêt hivernal n'a duré que cinq semaines pour le SPS, explique David McFarlane. Cette durée ne nous permet pas de réaliser de grandes améliorations, mais nous pouvons néanmoins effectuer la maintenance courante. »

Ne vous y trompez pas, au SPS, la « maintenance courante », ce n’est pas seulement contrôler quelques câbles. Chaque arrêt technique est l’occasion de remplacer au moins un aimant du SPS, opération souvent effectuée en un seul jour. « Il nous est même arrivé de changer quatre aimants au cours d'un arrêt technique de deux jours : une équipe sortait un aimant pendant qu'une autre en amenait un neuf, raconte David McFarlane. Cela paraît assez extraordinaire, mais les équipes maîtrisent ce processus à la perfection. »

Le long arrêt technique planifié pour 2013-2014 (LS1) sera l’occasion pour les équipes SPS de réaliser un travail important sur l’accélérateur, en préparation de l’exploitation du LHC à 14 TeV. Une amélioration majeure portera sur les problèmes posés actuellement par les nuages d’électrons. Un revêtement de tube de faisceau a été mis au point pour remédier à ces effets indésirables, et de nouveaux aimants, dont l'enceinte sera équipée de ce revêtement, seront installés sur tout un arc du SPS. Une autre amélioration majeure, qui commencera pendant l’arrêt LS1, mais ne sera pas achevée avant LS2, en 2018, concerne les cavités radiofréquence dans le SPS. Ces cavités devront être remplacées afin qu’on puisse atteindre les paramètres d’intensité de faisceau du programme HL-LHC (LHC haute luminosité).

Ces améliorations ne seront qu’un épisode remarquable de plus dans la vie d’une machine qui a, au cours des 36 dernières années, dépassé toutes les attentes. Le SPS a établi le CERN comme un laboratoire de découverte : accélérant toutes sortes de particules, aussi bien des ions soufre que des positons, servant de collisionneur proton-antiproton à 315 GeV, et d’injecteur de particules pour le LEP et le LHC. 

par Katarina Anthony