Expériences LHC: peaufiner le démarrage

Alors que la date de redémarrage du LHC s'approche à grands pas, le Bulletin du CERN revient sur la façon dont les six expériences LHC se préparent et sur leurs activités depuis septembre dernier. Passage en revue des dix derniers mois d'activités techniques de CMS et d'ATLAS.


Alors que l'interruption soudaine de l'exploitation du LHC semblait assombrir le ciel du CERN, une éclaircie est apparue: grâce à une année supplémentaire de tests, de réparations et d'améliorations, ATLAS et CMS seront mieux armées que jamais lors du redémarrage du LHC à l'automne.

CMS

Si l'expérience CMS était déjà fin prête pour accueillir le premier faisceau l'an dernier, elle n'avait pas encore eu l'occasion de tester le détecteur complet sur une longue période. "Avant le premier faisceau, nous avions procédé à plusieurs essais d'exploitation d'une semaine, mais jamais plus longtemps", explique Tiziano Camporesi, coordinateur de la mise en service de CMS. Dans les semaines qui ont suivi le 19 septembre, les équipes de CMS ont réalisé leur essai d'exploitation avec des rayons cosmiques le plus approfondi à ce jour, l'expérience dans son intégralité étant exploitée à plein régime 24 heures sur 24 pendant plus d'un mois.


"Nous avons été agréablement surpris de constater que nous pouvions utiliser les données des rayons cosmiques pour aligner le détecteur à un niveau que nous ne pensions pouvoir atteindre qu'après les premières collisions, ajoute Tiziano Camporesi. Nous effectuerons donc un nouvel essai d'exploitation avec rayons cosmiques à 4 teslas le 26 juillet et l'expérience fonctionnera 24 heures sur 24 jusqu'à la première semaine de septembre." D'une importance cruciale pour l'alignement des détecteurs, ces exploitations avec rayons cosmiques sont également primordiales pour le personnel, car elles lui permettent d'acquérir de l'expérience opérationnelle.

L'arrêt du LHC a également permis aux équipes de CMS d'installer le dernier sous-détecteur, le détecteur de pied de gerbe. Situé devant les calorimètres des bouchons, il est capable de localiser les photons avec une précision bien plus grande que les détecteurs à cristaux, plus gros. Il sera ainsi possible de distinguer deux photons de basse énergie d'un photon de haute énergie, une étape cruciale dans la détection de certains produits de la désintégration du boson de Higgs.

Bien sûr, la période d'arrêt a également été l'occasion de procéder à des travaux de consolidation sur le détecteur, en particulier la rénovation complète du système de refroidissement du trajectographe. De nombreuses autres réparations ont été réalisées, notamment sur les canaux des détecteurs de muons, qui ont été retirés, réparés et remis en place. La résolution de ces problèmes mineurs et l'amélioration de l'alignement grâce aux exploitations avec des rayons cosmiques faciliteront l'obtention de résultats de physique lorsque le LHC redémarrera.

ATLAS

ATLAS vient de terminer avec succès sa deuxième exploitation avec des rayons cosmiques depuis septembre dernier. Comme pour CMS, les équipes ont commencé à enregistrer des données obtenues avec des rayons cosmiques immédiatement après l'arrêt inopiné du LHC. "L'an dernier, nous étions prêts pour l'exploitation. Après l'arrêt du LHC, nous avons donc décidé d'exploiter l'ensemble du détecteur avec des rayons cosmiques pendant une période prolongée", explique Marzio Nessi, coordinateur technique d'ATLAS. Ensuite, en novembre, nous avons à nouveau ouvert le détecteur, poursuit-il, principalement pour des réparations et de la maintenance. Il y avait quelques défaillances isolées que nous voulions éliminer."

En tout, plus de 250 activités de consolidation ont été programmées dans la caverne d'ATLAS depuis l'arrêt du LHC. Même s'il s'agit pour la plupart de travaux mineurs, l'ensemble de ces opérations permet au détecteur d'être encore mieux préparé pour le redémarrage du LHC. L'une des réparations les plus critiques a été effectuée sur le système de refroidissement du détecteur interne, dont la structure risquait d'être endommagée par les vibrations engendrées par le compresseur. Des travaux de réparation ont également été entrepris sur les cartes électroniques frontales des calorimètres électromagnétiques.


"Nous sommes maintenant sûrs que le détecteur est encore plus solide que l'an dernier. Auparavant, nous avions des problèmes avec environ 1% du système actif, par exemple des canaux électroniques qui ne répondaient pas ou des enceintes à gaz dont les fuites étaient trop importantes. Quand nous en avons eu l'occasion, nous avons donc voulu remédier à tout cela et, idéalement, réduire ces problèmes à 0,1%. Aujourd'hui, nous y sommes presque arrivés", confirme Marzio Nessi.

La période d'arrêt du LHC a également permis de prendre de l'avance sur certains points du calendrier. Ainsi, par exemple, les chambres à muons dans la région à très petit angle (chambre EE) a été partiellement installée, ce qui n'était pas prévu avant la période d'arrêt 2009-2010. Plusieurs améliorations ont également été réalisées pour se préparer à une luminosité plus élevée, comme le remplacement de fibres optiques sur les systèmes à muons, désormais prêts à recevoir un rayonnement plus intense.

Le détecteur, prêt pour une deuxième exploitation avec des rayons cosmiques, a été à nouveau fermé en juin. Après les dernières réparations, il sera complètement refermé dans l'optique du redémarrage. "Durant les 4 à 5 semaines à venir, nous mettrons en place le blindage avant, de telle sorte qu'après, plus rien ne bougera. Ensuite auront lieu les ultimes vérifications avant le redémarrage du LHC."

Début juillet, les 4 expériences du LHC ont participé à un test à grande échelle de la Grille de calcul. Après des mois de préparation et deux semaines de fonctionnement intensif 24 h sur 24, 7 jours sur 7, elles ont atteint une nouvelle série d'objectifs visant à prouver qu'elles sont fin prêtes pour le début de la collecte de données. De nombreux tests ont eu lieu ces dernières années sur le traitement des données à grande échelle, mais cette démonstration a pour la première fois pris en compte tous les éléments clés - de la collecte des données jusqu'à leur analyse. Des records ont été atteints à de nombreux niveaux: débit de collecte de données, vitesse d'importation et d'exportation des données entre les différents centres, ainsi qu'un très grand nombre d'opérations d'analyse, de simulation et de retraitement (l'expérience ATLAS ayant à elle seule réalisé près d'un million d'analyses avec une capacité de trafic de 6 Go/s, soit l'équivalent d'un DVD rempli de données chaque seconde, et ce, sur de longues périodes).