Dernières nouvelles du LHC : mise en service de l'accélérateur - on y est presque

La remise en service du LHC est en bonne voie : la machine a livré les premières collisions pilotes avec faisceaux stables.
 

Certaines des premières collisions enregistrées par les expériences lors de la mise en service du LHC en 2016 avec des faisceaux de faible intensité. (Image : CERN)

Ajustement de l’orbite pour TOTEM
Le principal objectif des dernières semaines était d’avancer la préparation des réglages des collimateurs et des dispositifs de protection. Au cours du week-end des 16 et 17 avril, les collisions ont été rétablies après la mise en place d’un nouveau décrochement d’orbite autour de l’emplacement des pots romains au point d’interaction 5 (TOTEM), afin d’améliorer l’acceptance. Ce décrochement a été intégré dans les réglages de la machine qui conduisent à l’état « faisceaux stables ». L’orbite du LHC a été corrigée pour retrouver la trajectoire de référence, laissant la machine prête pour les étapes suivantes : mesures d’ouverture et alignement final des collimateurs.

Alignement et ouverture à 40 cm
L’ouverture est l’espace disponible dans le plan transversal de la machine. Des simulations détaillées sont utilisées pour prédire l'ouverture minimum de la machine. Avec un β* à 40 cm, les goulets d’étranglement (les points de la machine où l’ouverture est la plus étroite) sont les triplets situés de part et d’autre des expériences. Afin de protéger ces aimants, les collimateurs tertiaires doivent être réglés de façon à les mettre à l’abri et à attraper et absorber les pertes de faisceaux qui pourraient autrement toucher les aimants. Une mesure très précise de l’ouverture a été effectuée à la fin de la compression et aux points de collision. L’ouverture la plus petite dans la machine est de 10 σ (σ étant la dimension transversale du faisceau). Cette valeur permet le réglage des collimateurs tertiaires à 9 σ, comme prédit.

Alignement des pots romains et alignement des TCT/TCL
Les étapes finales de préparation de la machine en vue des collisions sont l’alignement des collimateurs tertiaires (TCT) et celui des collimateurs de débris de physique (TCL) situés à proximité des points de collision. Pour le TCL, on réalise l’alignement en faisant avancer le collimateur par paliers de 5 μm en direction du faisceau, jusqu’à ce que les mâchoires du collimateur touchent le halo du faisceau. Cette procédure permet une mesure très précise du centre du faisceau, mais elle est laborieuse. Afin d’accélérer l’alignement des collimateurs, chaque collimateur tertiaire a été équipé au cours du premier long arrêt de quatre détecteurs de position de faisceau intégrés aux mâchoires. L’alignement pour ces collimateurs (16 au total) prend désormais moins d’une minute, avec cet avantage que le collimateur est aligné sans avoir touché le halo du faisceau. L’alignement du système de collimation a été réalisé avec succès, et suivi de l’alignement des détecteurs des pots romains : TOTEM au point d’interaction 5 et AFP au point d’interaction 1.

Impédance et nuage d’électrons
Afin de préparer la machine pour une intensité de faisceau élevée, il convient d’évaluer l’impédance de la machine, et en particulier la contribution des collimateurs. Cette contribution est mesurée par l’observation du décalage du point de fonctionnement lorsqu’on modifie l’écartement des collimateurs. Cela a été fait cette semaine pour le collimateur de protection de l’injection principale, appelé TDI : un collimateur de graphite de 4 m de long qui protège la machine en cas de défaut d’injection. La contribution apportée par les collimateurs de l’anneau sera mesurée au cours des prochains jours. D’autres équipements doivent également être préparés pour des intensités élevées ; c’est là que le système d’amortissement transversal joue un rôle clé.

Un balayage des points de fonctionnement à l’injection avec 3 paquets nominaux circulant dans la machine a également été effectué, le but étant de trouver le niveau optimal pour des points de fonctionnement compatibles avec les conditions de la machine pendant la campagne de nettoyage à venir. Cette campagne est destinée à réduire le nuage d’électrons. Les lignes de transfert entre le SPS et le LHC ont été réglées avec succès au moyen de paquets nominaux. L’opération inclut la trajectoire et les collimateurs ; elle est suivie maintenant d’un réglage et de contrôles avec des trains de 12 et 72 paquets.

Protection de la machine
Une campagne complète de validation de la protection de la machine est en cours  ; il s’agit d’établir les premières collisions avec faisceaux stables et de permettre des intensités plus élevées. Avant la déclaration de faisceaux stables et l’augmentation de l’intensité de faisceaux, il faut qualifier la totalité du cycle du LHC. Pour cela il convient d’analyser les répartitions de perte de faisceau attendues dans l’anneau du LHC en cas de défaillance à chaque étape du cycle : injection, accélération, plateau, compression des faisceaux et collisions. Les pertes de faisceau sont cartographiées et analysées. Pour cela on provoque, de façon extrêmement contrôlée, des pertes de faisceau avec très peu d’intensité dans la machine (moins de 3 x 10¹¹ protons par faisceau). Les principaux emplacements où se produisent les pertes de faisceau sont évalués et les pertes de faisceau maximum sont augmentées jusqu’aux intensités finales, ce qui permet de vérifier que ces pertes restent en dessous des limites de transition résistive des aimants.

Des choses intéressantes vont se passer dans les prochaines jours, la machine est presque prête à démarrer le programme de physique de 2016 !

par Belen Salvachua Ferrando for the LHC team