LHC: nuages d'électrons avec des éclaircies

Publié par Adrien le 12/10/2015 à 12:00
Source: Lionel Herblin & Mike Lamont for the LHC team - Copyright CERN
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La montée en intensité avec un espacement de 25ns se poursuit dans le LHC, avec maintenant 1465 paquets par faisceau. Cette performance est honorable et les expériences ont eu droit à de longues périodes de remplissage avec une luminosité de plus en plus élevée. Certains problèmes, maintenant bien connus, continuent de pimenter le processus.


Ces graphes montrent l'évolution de la charge thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de...), mesurée dans des dipôles spécialement équipés. (Image: Giovanni Iadarola).
En haut: l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) et l'intensité.
Au milieu: la charge thermique mesurée, en W/m.
En bas: la charge thermique normalisée par rapport à l'intensité de faisceau totale.

On pensait dès le départ que les nuages d'électrons représenteraient l'un des défis principaux de 2015. Les deux campagnes de nettoyage réalisées cet été ont permis de qualifier le LHC pour un fonctionnement avec jusqu'à 1500 paquets environ. Toutefois, la phase finale du nettoyage, où l'on est passé des faisceaux standard à 25ns à des faisceaux de doublets, s'est révélée difficile, et l'équipe chargée du nettoyage a conclu que la machine n'était pas encore suffisamment bien nettoyée pour que les faisceaux de doublets puissent être utilisés efficacement.

La montée en intensité avec un espacement de 25ns a par conséquent dû être réalisée avec des nuages d'électrons importants mais gérables. La conséquence principale a été la charge thermique sur les écrans de faisceau dans les secteurs froids de la machine. La fonction première des écrans est d'intercepter les charges thermiques causées par le faisceau, correspondant à une température bien supérieure à celle des aimants. Les écrans sont refroidis activement par un flux d'hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il...) supercritique, et leur température est comprise, après le passage de l'hélium, entre 17K et 20K. La charge thermique supplémentaire du nuage d'électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge...), relativement importante, constitue une difficulté pour la régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se...) du système cryogénique, en particulier pendant les transitions brusques survenant lors de l'injection (Le mot injection peut avoir plusieurs significations :) et pendant la montée en énergie. Les opérateurs ont donc opté pour une approche par étapes, qui donne le temps à l'équipe chargée de la cryogénie (La cryogénie est l'étude et la production des basses températures (inférieures...) de procéder à une adaptation complète après chaque augmentation du nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de paquets. L'avantage est que, en fonctionnant en présence de nuages d'électrons, la machine continue de se nettoyer peu à peu.

Il y a encore un grand nombre d'UFO mais, grâce à des seuils de perte de faisceau judicieusement fixés, cela n'aboutit pas, le plus souvent, à un arrêt;seuls un petit nombre de remplissages ont été perdus à cause de la présence d'UFO depuis le début de la montée en intensité qui a suivi le dernier arrêt technique.

Avec 1465 paquets par faisceau, le pic de luminosité est d'environ 3,5x10^33 cm^-2 x s^-1. Cela représente à peu près la moitié de la luminosité des pics observés avec un espacement de 50ns pendant la première période d'exploitation. Toutefois, le faisceau semble bien se porter à 6,5 TeV et il profite des avantages d'un nombre de paquets relativement modeste, d'une atténuation (Perte d'intensité et amplitude d'un signal...) du rayonnement synchrotron (Synchrotrons, synchro-cyclotrons et cyclotrons réfèrent à différents types d'accélérateurs...) et d'une compression légère. En raison de ces facteurs, la luminosité instantanée ne baisse que lentement, permettant quelques longs remplissages réjouissants. Par exemple, il y a eu entre mardi et mercredi un remplissage de 17 heures (L'heure est une unité de mesure  :), qui a fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι...) environ 160 picobarns inverses à la fois à ATLAS et à CMS.
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