Dernières nouvelles des accélérateurs : des t...

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26 mars, 2026

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Par Bettina Mikulec, Leader of the Operations Group (BE-OP)

Après les améliorations majeures apportées pendant le deuxième long arrêt du complexe d'injection (LS2, 2019-2020), celui-ci attaque une nouvelle phase. Dans le cadre du projet d'amélioration des injecteurs du LHC (LHC injectors Upgrade - LIU), la chaîne d'accélérateurs a été consolidée et améliorée pour qu'elle soit adaptée aux caractéristiques de faisceau particulièrement exigeantes du LHC à haute luminosité (HL-LHC), qui devrait être mis en route après le troisième long arrêt (LS3, 2026-2030).

L'objectif du projet LIU était clair : augmenter de manière significative la brillance des faisceaux et presque doubler la densité du faisceau fourni au LHC. Chacun des deux faisceaux du LHC est constitué de plus de 2 000 paquets de protons très concentrés, avec un espacement de 25 nanosecondes à peine entre les paquets, structurés par le système radiofréquence à 40 MHz du LHC. Après le troisième long arrêt (LS3), des paquets encore plus denses produiront un nombre nettement plus élevé de collisions de particules dans le LHC. Le boson de Higgs et des processus rares pourront ainsi être mesurés avec plus de précision, révélant potentiellement des signes de nouvelle physique.

Pendant l'intervalle entre le LS2 et le LS3, les équipes ont travaillé à démontrer que les machines mises à niveau pouvaient atteindre les paramètres de faisceau correspondant au programme LIU. Cette étape étant désormais franchie, l'objectif est désormais d'assurer de manière fiable, stable et durable la livraison de faisceaux de haute qualité, ce qui est crucial pour que le HL-LHC puisse fonctionner avec une performance optimale dès le tout début de l'exploitation pour la physique, prévu pour 2030.

C'est pourquoi des campagnes tests concernant la fiabilité du faisceau du HL-LHC ont été mises en place. Ainsi, pendant certaines semaines de 2026, de courtes périodes de temps de faisceau - généralement d'une durée de 30 minutes environ suivant chaque remplissage du LHC - sont réservées pour la simulation des schémas de remplissage propres au HL-LHC avec les nouveaux paramètres de faisceau. Ces campagnes seront l'occasion de tester non seulement la performance de la machine, mais aussi la fiabilité et la reproductibilité des opérations et du fonctionnement des systèmes techniques.

De telles campagnes tests, menées en parallèle de l'exploitation, avaient déjà eu lieu avec succès l'année dernière, dans le complexe du Synchrotron à Protons (PS) ; la même opération s'est déroulée avec succès la semaine dernière dans le Supersynchrotron à Protons (SPS). En choisissant des créneaux situés principalement en journée et en semaine, tenant compte du planning d'exploitation et des périodes de développement machine, les équipes du SPS ont réalisé huit tentatives d'injection dont six ont abouti au « plateau » d'énergie. Les opérations ont consisté en 15 à 20 injections, aboutissant à des faisceaux répondant aux critères de qualité requis pour être transférés au LHC.

Comme on pouvait s'y attendre avec des faisceaux d'une intensité aussi élevée, la stabilité s'est avérée initialement quelque peu problématique. Des ajustements de faisceau particuliers se sont avérés nécessaires au début de chaque campagne pour maintenir des conditions stables. L'optimisation continue du cycle du SPS - avec notamment un meilleur ajustement de l'énergie, des corrections d'orbite, un réglage fin des déformations locales et la mise en service du beam scraper - a nettement amélioré les performances au cours de la semaine, comme on le voit dans le graphique ci-après. Tout au long de la période d'exploitation, les conditions de vide sont restées confortablement dans les limites opérationnelles. Ainsi, à la fin de la période d'exploitation, il était nettement plus facile d'atteindre le plateau d'énergie.

À la fin de la campagne de la semaine dernière, le SPS fournissait régulièrement des faisceaux présentant les paramètres nominaux du HL-LHC : densité de paquets de 2,3×10¹¹ protons, émittance transversale de 2,1 micromètres et longueur de paquets de 1,65 nanoseconde.

Après une courte interruption cette semaine pour donner la priorité aux opérations HiRadMat, le programme de tests de fiabilité reprendra avec une période d'exploitation plus intensive de trois semaines. Cette prochaine phase se déroulera également la nuit et les week-ends, afin de tester la résistance du complexe d'injection dans des conditions réalistes. L'objectif est clair : s'appuyer sur les excellentes performances réalisées jusqu'à présent pour établir le niveau de fiabilité requis pour l'ère du LHC à haute luminosité.