Dernières nouvelles du LHC : temps nuageux avec des éclaircies

La montée en intensité avec un espacement de 25 ns se poursuit dans le LHC, avec maintenant 1465 paquets par faisceau. Cette performance est honorable et les expériences ont eu droit à de longues périodes de remplissage avec une luminosité de plus en plus élevée. Certains problèmes, maintenant bien connus, continuent de pimenter le processus.

Ces graphes montrent l’évolution de la charge thermique, mesurée dans des dipôles spécialement équipés. (Image : Giovanni Iadarola). En haut : l'énergie et l'intensité. Au milieu : la charge thermique mesurée, en W/m.
En bas : la charge thermique normalisée par rapport à l’intensité de faisceau totale.

On pensait dès le départ que les nuages d'électrons représenteraient l’un des défis principaux de 2015. Les deux campagnes de nettoyage réalisées cet été ont permis de qualifier le LHC pour un fonctionnement avec jusqu’à 1500 paquets environ. Toutefois, la phase finale du nettoyage, où l’on est passé des faisceaux standard à 25 ns à des faisceaux de doublets, s'est révélée difficile, et l'équipe chargée du nettoyage a conclu que la machine n’était pas encore suffisamment bien nettoyée pour que les faisceaux de doublets puissent être utilisés efficacement.

La montée en intensité avec un espacement de 25 ns a par conséquent dû être réalisée avec des nuages d’électrons importants mais gérables. La conséquence principale a été la charge thermique sur les écrans de faisceau dans les secteurs froids de la machine. La fonction première des écrans est d’intercepter les charges thermiques causées par le faisceau, correspondant à une température bien supérieure à celle des aimants. Les écrans sont refroidis activement par un flux d’hélium supercritique, et leur température est comprise, après le passage de l’hélium, entre 17 et 20 K. La charge thermique supplémentaire du nuage d’électron, relativement importante, constitue une difficulté pour la régulation du système cryogénique, en particulier pendant les transitions brusques survenant lors de l’injection et pendant la montée en énergie. Les opérateurs ont donc opté pour une approche par étapes, qui donne le temps à l’équipe chargée de la cryogénie de procéder à une adaptation complète après chaque augmentation du nombre de paquets. L’avantage est que, en fonctionnant en présence de nuages d’électrons, la machine continue de se nettoyer peu à peu.

Il y a encore un grand nombre d'UFO mais, grâce à des seuils de perte de faisceau judicieusement fixés, cela n’aboutit pas, le plus souvent, à un arrêt ; seuls un petit nombre de remplissages ont été perdus à cause de la présence d'UFO depuis le début de la montée en intensité qui a suivi le dernier arrêt technique.

Avec 1465 paquets par faisceau, le pic de luminosité est d’environ 3,5 x 10³³ cm^-2s^-1. Cela représente à peu près la moitié de la luminosité des pics observés avec un espacement de 50 ns pendant la première période d’exploitation. Toutefois, le faisceau semble bien se porter à 6,5 TeV et il profite des avantages d’un nombre de paquets relativement modeste, d’une atténuation du rayonnement synchrotron et d’une compression légère. En raison de ces facteurs, la luminosité instantanée ne baisse que lentement, permettant quelques longs remplissages réjouissants. Par exemple, il y a eu entre mardi et mercredi un remplissage de 17 heures, qui a fourni environ 160 picobarns inverses à la fois à ATLAS et à CMS.

par Lionel Herblin & Mike Lamont for the LHC team