Le LHC haute luminosité passe à l’étape suivante
Cette semaine a été marquée par des réunions cruciales pour l'avenir à moyen terme du CERN.
De lundi à mercredi, le Comité d'examen des ressources (RRB), qui supervise l’allocation des ressources aux expériences LHC, a tenu une série de réunions, et jeudi s’est déroulée la réunion de clôture de l’étude de conception Hi-Lumi LHC, partiellement financée par la Commission européenne. Ces réunions ont porté principalement sur l’amélioration haute luminosité du LHC, qui constitue la toute première priorité de la stratégie européenne pour la physique des particules adoptée par le Conseil du CERN en 2013. Cette amélioration fera du LHC une machine idéale pour les études de précision, suite logique pour la physique des particules à la frontière des hautes énergies.
Il s’agit d’une amélioration exigeante, tant pour le LHC que pour ses détecteurs. Le LHC est déjà le collisionneur de hadrons de la plus haute luminosité jamais construit, produisant jusqu’à un milliard de collisions par seconde au cœur des détecteurs. Avec l’amélioration haute luminosité, ce nombre sera, à partir de 2025, multiplié par cinq.
Les détecteurs doivent faire l’objet d’améliorations majeures pour maintenir leur performance avec une luminosité élevée. Compte tenu d’un contexte financier difficile, les améliorations des détecteurs doivent être soumises à une gestion financière stricte, afin que le potentiel de physique de la haute luminosité soit exploité au maximum, et les dépenses limitées le plus possible.
Lors de la réunion de cette semaine du Comité d'examen des ressources, ATLAS et CMS ont présenté leurs propositions techniques, accompagnées de documents de cadrage montrant l'impact de trois scénarios de financement sur le potentiel pour la physique, et d’une matrice financière préliminaire contenant les montants prévisionnels indicatifs en provenance des instituts participants. Ces documents seront examinés régulièrement par le groupe chargé de gérer les coûts de l’amélioration (Upgrade Cost Group – UCG), qui procédera à une évaluation des coûts et du calendrier, laquelle viendra compléter l'analyse scientifique du Comité des expériences LHC. Le processus complet durera jusqu’en 2025, et marquera la conclusion de la phase initiale de découvertes du LHC.
En parallèle, il y a beaucoup à faire pour préparer le LHC lui-même à l’exploitation haute luminosité. L’étude de conception Hi-Lumi LHC a constitué la phase de R&D de ce processus. La réunion de clôture, ce jeudi, a donc représenté la fin d’une phase de conception extrêmement complexe et marquée par une intense collaboration, en même temps que le début de la phase de réalisation de prototypes et d’industrialisation. Pendant les mois et les années à venir, de nouveaux aimants, dont beaucoup sont en cours de développement dans des laboratoires partenaires, seront perfectionnés et installés. Ils seront accompagnés de structures innovantes dites cavités en crabes, qui géreront les faisceaux de manière à permettre un taux de collisions maximal.
L’amélioration haute luminosité du LHC constituera une transition entre la phase de découverte du LHC et l’exploration en profondeur d’une nouvelle physique. Ce processus rappelle, à de nombreux égards, le passage de la découverte des particules W et Z avec le collisionneur SPS, dans les années 1980, à l’étude en profondeur de ces particules avec le LEP dans les années 1990. À cet égard, le LHC est une machine exceptionnelle car elle permettra à elle seule, avec l’amélioration haute luminosité, de mener à bien ces deux phases.
Rolf Heuer
