Dernières nouvelles du LHC : la fin du commencement

L’exploitation avec protons à 6,5 TeV qui a été menée en 2015 prendra fin au matin du 4 novembre après une année pleine de rebondissements. Après une période de développement de la machine et un arrêt technique, le LHC reprendra son activité à la mi-novembre avec une configuration proton-proton à 2,51 TeV. Les données obtenues lors de cette exploitation spéciale serviront de référence aux expériences pour les collisions proton-plomb et plomb-plomb. 

Le taux d’UFO par heure a baissé depuis les premières exploitations à haute intensité. Il est montré ici après la première campagne de nettoyage (SR1), en passant par le second arrêt technique (TS2), jusqu'à présent (tout à droite).

En cette fin octobre, le LHC fournit une luminosité de l’ordre de 4,8x10³³ cm^-2s^-1 à ATLAS et CMS, de 3x10³² cm^-2s^-1 à LHCb et de 5x10³⁰ cm^-2s^-1 à ALICE ; la luminosité intégrée pour ATLAS et CMS s’élève environ à 3,5 fb^-1. Rétrospectivement, on peut diviser le fonctionnement de la machine cette année en quatre phases, ponctuées d'arrêts techniques, de périodes de développement de la machine et d'exploitations spéciales pour la physique.

Après la mise en service initiale, un premier faisceau à 6,5 TeV a été livré, puis on a obtenu les premiers faisceaux stables après deux mois de réglages minutieux et de validation. Il a été confirmé que le comportement magnétique, les propriétés optiques et l’ouverture étaient satisfaisants, et tous les systèmes essentiels liés au faisceau ont fait l’objet d’une nouvelle mise en service après les travaux d’envergure réalisés pendant le LS1.

Les deux campagnes de nettoyage ont permis d’avoir de bonnes conditions de faisceau, avec environ 1500 paquets par faisceau après une campagne concertée de reconditionnement du système de vide de faisceau. Cependant, le nuage d’électrons, dont on s’attendait à ce qu’il soit problématique avec un faisceau à paquets espacés de 25 ns, restait un problème important à la fin de la campagne de nettoyage.

La phase initiale de montée en intensité à 50 ns et 25 ns a été rude, puisqu’il a fallu faire face à différents problèmes, y compris des défauts à la terre, des UFO (objets volants non identifiés), l'objet non identifié (ULO) signalé et le rayonnement sur les composants électroniques dans le tunnel. Tous ces problèmes combinés ont rendu les opérations difficiles, mais le LHC a néanmoins pu fonctionner avec un maximum de 460 paquets et livrer une certaine luminosité aux expériences, même si l'efficacité était faible.

La seconde phase de la montée en intensité, qui a fait suite au deuxième arrêt technique de l’année, a été dominée par la charge thermique produite par le nuage d'électrons, et les difficultés que cela a entraînées ultérieurement pour la cryogénie, qui a dû gérer des phases de transition et un fonctionnement à la limite des capacités de refroidissement. La progression du nombre de paquets a donc été lente, mais régulière, culminant cette semaine avec un total de 2244 paquets par faisceau. Ce résultat a été atteint après une longue période de travail acharné en étroite collaboration avec l'équipe de la cryogénie, celle du nettoyage de la machine et celle chargée des opérations.

Fait important, le nuage d’électrons produit pendant les campagnes de physique à 6,5 TeV opère un nettoyage lent, réduisant ainsi la charge thermique à une intensité donnée. Cela permet d’avoir une certaine marge pour introduire des paquets supplémentaires, en s’approchant des limites acceptables du point de vue de la cryogénie.

L’objet non identifié est resté discret et, fort heureusement, le comportement des objets volants non identifiés (UFO) a été maîtrisé. En conséquence, le taux d’UFO par heure a baissé notablement, comme le montre le graphique. La disponibilité globale de la machine pour la physique est restée raisonnable, avec environ 30 à 35 % du temps alloué passé en faisceaux stables depuis le dernier arrêt technique.

Voilà qui augure bien de 2016.

par Mike Lamont for the LHC team