Dernières nouvelles du LHC : des enseignements instructifs pour l’avenir

L’exploitation avec protons s’est achevée le 4 novembre au petit matin. Elle a été suivie de cinq jours de développement de la machine, avant le début de l’arrêt technique, le lundi 9 novembre. De nombreux enseignements ont été tirés en vue de fournir aux expériences une luminosité plus élevée. 

Lors de la troisième et dernière période de développement de la machine pour 2015, les différentes équipes ont pu examiner de près le système de contrôle des faisceaux ainsi que la dynamique des faisceaux. En ce qui concerne les instabilités du faisceau, une étude approfondie a montré que la situation s'était nettement améliorée durant l'année. Cette fois-ci, la stabilisation des faisceaux dans le LHC a demandé une correction bien plus faible des aimants octopolaires que lors de la précédente période de développement de la machine. On doit cela au nettoyage très efficace par nuage d’électrons réalisé après l’été lors de remplissages pour la physique. Voilà qui est de bon augure en vue d’obtenir un plus grand nombre de paquets dans la machine, une charge accrue des paquets, et, par-là même, une luminosité plus élevée.

Pour que la luminosité soit élevée, il faut que la taille des faisceaux soit la plus petite possible aux points de collision dans les expériences. Toutefois, si, durant les processus de montée en énergie et de compression, les faisceaux deviennent instables, il est alors impossible d'inverser le phénomène d’augmentation de l’émittance (« emittance blow-up »). Pour cette raison, les équipes ont surveillé de près l’évolution de la taille des faisceaux tout au long du cycle du LHC. Elles ont ainsi pu mettre en évidence des processus ayant pour effet de détériorer la qualité des faisceaux, au début d’un cycle, avec de très petits paquets, ce qui leur permet d’envisager des optimisations spécifiques pour l’avenir.

Pour la première fois, un cristal courbé a été placé au niveau du halo d’un faisceau de protons d’une énergie totale de 6,5 TeV, matériau qui s’est révélé efficace pour dévier la trajectoire des particules. Cette technologie ouvre la voie à de nombreuses applications, notamment des systèmes d’injection et d’extraction de faisceau et des systèmes de collimation à faible impédance.

Grâce à des détecteurs de pertes de faisceau au diamant, les équipes ont pu mieux comprendre les pertes qui se produisent lorsque les faisceaux sont injectés dans le LHC. Leur réponse très rapide à l’échelle de la nanoseconde a permis de déterminer l'origine de ces pertes. Il est en fait possible de réduire celles-ci en nettoyant le faisceau extrait du SPS. On peut alors immédiatement en mesurer l’effet dans le LHC.

La période de développement de la machine a également été l’occasion de mener des tests sur la technique de nivellement par bêta* : des faisceaux comprimés au cours de collisions se sont ainsi révélés remarquablement stables. Grâce à cette technique, les expériences peuvent obtenir une luminosité constante dès le début d'un remplissage pour la physique, et ne plus être confrontées à un empilement initial trop élevé. On obtient un nivellement en faisant entrer en collision des faisceaux non entièrement compressés au cours des premières heures du remplissage, lorsque l’intensité des faisceaux est maximale, puis en réduisant la taille de ces derniers lorsque leur intensité diminue.

Ce ne sont là que quelques-uns des nombreux tests réalisés durant la période de développement. Les clés sont maintenant entre les mains des différentes équipes, qui vont analyser les abondantes données récoltées et les utiliser en vue de futures exploitations. L’équipe du LHC remercie vivement toutes les équipes, qui doivent s’adapter à un calendrier en constante évolution pas forcément pratique pour elles.    

Conformément au calendrier, le LHC sera remis en fonctionnement le 18 novembre, avec une exploitation proton-proton spéciale à 2,51 TeV par faisceau, en préparation de l'exploitation avec ions qui doit débuter le 23 novembre.

par Jan Uythoven & Rogelio Tomás García for the LHC team