La troisième année de l’exploitation 3 du LHC se renforce à pleines voiles

Cela fait un moment que je n’ai pas parlé du LHC (Grand collisionneur de hadrons) sur ce blog. La troisième année de la troisième exploitation du LHC a débuté le vendredi 5 avril 2024. Avec des collisions proton-proton à 13,6 TeV cm, au 15 août, le record annuel de luminosité intégrée a déjà été largement dépassé (LCMF, 11 septembre 2018), atteint en 2018, quatrième et dernière année de l’exploitation 2 du LHC avec des collisions à 13 TeV cm. L’objectif cette année est d’atteindre 120 fb⁻¹ (l’inverse du femtobarn) d’ici la mi-octobre. Au rythme actuel, il ne fait aucun doute que cet objectif sera atteint. Je vous rappelle que l’année prochaine, 2025, sera la quatrième et dernière année de l’exploitation 3 du LHC. En 2026 est prévu le début du long arrêt de maintenance et d’améliorations qui préparera le LHC et ses détecteurs au saut vers le futur HL. -LHC (LHC à haute luminosité) qui devrait commencer ses collisions en 2029.

Croisons les doigts pour que tout se passe bien et toutes voiles dehors. On se souvient tous des problèmes de juillet 2023 dans les cavités radiofréquences utilisées pour accélérer les protons. Un problème grave qui a conduit à l’arrêt des collisions alors qu’environ 32 fb⁻¹ s’étaient accumulés depuis mai, soit un tiers de ce qui était prévu (en 2022, les collisions ont commencé en août, donc seulement environ 38 fb⁻¹ ont été accumulés). Heureusement, ils ont été réparés et cette année, nous profitons à nouveau de la gloire d’un LHC en pleine forme. En effet, depuis début juillet, le LHC semble vouloir participer aux JO de Paris, puisqu’il produit plus de 1 fb⁻¹ par jour (environ cent milliards de collisions proton-proton), avec une luminosité maximale de 1,48 fb⁻¹ en 24 heures. Ces chiffres ne vous surprennent peut-être pas, mais je vous rappelle que le boson de Higgs a été découvert après avoir accumulé pendant deux ans (LHC Run 1 en 2011 et 2012) environ 12 fb⁻¹ (ce qui est aujourd’hui atteint en dix jours).

D’après la supertable (Suivi des performances des faisceaux du CERN), la dernière injection (remplir) était le #10006, hier 15 août. L’injection la plus brillante a été la #9691, commencée le 30 mai, avec des faisceaux stables pendant 22,6 heures, réussissant à accumuler 1,08 fb⁻¹ dans ATLAS et 1,05 fb⁻¹ dans CMS ; est suivi du #9849, le 1er juillet, stable pendant 15,3 heures, accumulant 0,96 fb⁻¹ dans ATLAS et 0,97 fb⁻¹ dans CMS, et #9974, le 4 août, avec 0,96 fb⁻¹ dans ATLAS et 0,93 fb⁻¹ sur CMS. Tous utilisent le schéma d’injection 25ns_2352b_2340_2004_2133_108bpi_24inj, ce qui, si je me souviens bien, signifie que 2352 paquets de protons se déplacent dans l’anneau du LHC (grappes) séparés dans le temps de 25 nanosecondes, dont 2340 paquets qui entrent en collision (il y a 12 NC qui n’entrent pas en collision), 2004 dans ATLAS (IP1) et CMS (IP5), et 2133 dans ALICE (IP2) et LHCb (IP8 ) , qui ont été injectés en 24 injections à raison de 3 × 36 = 108 sachets par injection.

Cette figure montre (@CERN) montre le fonctionnement du LHC pendant la remplir #9943 (Vous pouvez également le regarder en temps réel ici). Dans le panneau supérieur, il est indiqué que l’énergie des faisceaux est de 6 800 GeV dans chacun d’eux, il y aura donc 13,6 TeV au centre de masse de la collision. L’intensité des faisceaux au début de l’injection est de 236 milliards de protons dans le premier faisceau (B1) et de 241 milliards dans le second (B2) ; Cette asymétrie est due aux pertes de protons lors de l’injection. L’état de chaque détecteur est affiché en vert (PHYSIQUE signifie que les données sont en cours de collecte, STANDBY qui est actif mais ne collecte pas de données à ce moment-là, les autres états sont CALIBRATION, INJECTION, RAMP, RAMPDOWN, BEAM SETUP, BEAM DUMP, OFF, PREPARE. , ERREUR et DEFAUT).

Ci-dessous se trouve la luminosité instantanée (nombre de collisions) en microbarns par seconde [(ub.s)^-1] de chaque détecteur (ATLAS, ALICE, CMS et LHCb) et sa valeur estimée par les détecteurs de type BRAN (Taux de faisceau des neutres). La luminosité intégrée jusqu’à ce moment est également indiquée (qui sur la figure est le total de la remplirpuisque c’était déjà fini) en nb⁻¹ (inverses de nanobarn) ; nb⁻¹ est utilisé car ALICE accumule des centaines de nb⁻¹, tandis que LHCb accumule des centaines de pb⁻¹ (l’inverse des picobarns), et ATLAS et CMS accumulent de l’ordre d’un fb⁻¹ (rappelez-vous que 1 fb⁻¹ = 1000 pb⁻¹ = 1 000 000 nb⁻¹). Ainsi les 796 411 625 nb⁻¹ accumulés par ATLAS correspondent à 0,796 fb⁻¹. Le niveau d’arrière-plan apparaît également (arrière-plan ou BKGD) pour les deux faisceaux, plus cette valeur est faible, moins il y a de bruit. Deux paramètres liés au croisement des faisceaux au point de collision apparaissent également ; d’une part, la valeur β* (Beta*), qui détermine la taille des faisceaux en ledit point et se mesure comme la longueur en mètres le long des faisceaux d’une double augmentation de l’intensité des faisceaux en ledit point ; et, d’autre part, l’angle de croisement en microradians, qui dépend des détecteurs, en l’occurrence 150 μrad dans ATLAS et CMS, et 200 μrad dans ALICE et LHCb

Juste en dessous se trouvent deux panneaux à fond blanc. Celui de gauche montre l’intensité et l’énergie instantanées des dernières 24 heures ; la ligne rouge pour l’intensité de B1, la ligne bleue pour celle de B2 et la ligne noire pour l’énergie (commune aux deux) ; Comme vous pouvez le constater, l’intensité décroît avec le temps en raison de la perte de protons lors des collisions et lors de la propagation dans l’anneau. Et celui de droite montre la luminosité intégrée dans les quatre détecteurs ; Les lignes bleues (ATLAS) et noires (CMS) apparaissent superposées, bien au-dessus de la ligne noire (LHCb) et de la ligne violette presque imperceptible (ALICE). Enfin, en bas, apparaissent les estimations pour les dernières 24 heures des niveaux de fond (bruit) des deux faisceaux (Faisceau 1 BKGD et Faisceau 2 BKGD) pour les quatre détecteurs (ATLAS, ALICE, CMS et LHCb).

Eh bien, comme je l’ai dit, j’espère que le LHC continuera à être un grand succès jusqu’à la fin de l’année. J’espère ne pas vous avoir trop ennuyé à expliquer le panneau principal du LHC (il existe de nombreux autres panneaux dont vous pouvez profiter en temps réel). Pour le LHC, il n’y a pas de vacances d’été.