Dans mon dernier article, j’annonçais la fin de la première campagne de physique avec protons du programme 2025 du LHC et le début d’une série d’exploitations spéciales, notamment des campagnes avec ions oxygène et néon, ainsi que des balayages Van de Meer destinés à étalonner les mesures de luminosité des expériences. La luminosité intégrée avait alors atteint 24 fb-1.
Depuis, et malgré un calendrier très serré, toutes les exploitations spéciales ont été menées à bien grâce à la bonne disponibilité de la machine LHC et à l’excellente collaboration entre l’équipe machine et les équipes des expériences. Toutefois, l’exploitation avec des ions a été prolongée d’une journée pour les collisions néon-néon, et la campagne de balayages Van de Meer a pris beaucoup plus de temps que prévu initialement. Le temps nécessaire pour effectuer les nombreux balayages et mesures de précision avait en effet été sous-estimé. Lorsqu’un balayage est interrompu (par exemple en cas d’éjection du faisceau), il doit alors être entièrement refait avec un nouveau remplissage, car l’état du faisceau varie légèrement d’un remplissage à l’autre et, pour obtenir de bons résultats d’étalonnage, il faut avoir les mêmes paramètres du début à la fin.
En conséquence, la production de luminosité a pris du retard par rapport aux prévisions initiales. Heureusement, la grande disponibilité du LHC et l’excellente qualité du faisceau fourni par les injecteurs ont permis d’améliorer légèrement la cadence de production de luminosité, et la tendance observée sur la courbe correspondante (voir le graphique ci-après) laisse penser que nous rattrapons progressivement notre retard par rapport aux prévisions. Nous comptons sur la période estivale, généralement plus calme en ce qui concerne les études de développement machine et les exploitations spéciales, pour maintenir une cadence de production élevée. L’objectif est d’atteindre environ 72 fb⁻¹ d’ici au début du deuxième bloc de développement machine, fixé au 1er septembre 2025.
Aujourd’hui, le LHC fonctionne avec des faisceaux de 2 460 paquets par faisceau, contenant chacun 1,6 × 10¹¹ protons, et les faisceaux entrent en collision à une énergie de 6,8 TeV par faisceau.
Au cours des dernières années, en particulier après l’amélioration des injecteurs du LHC lors du deuxième long arrêt (LS2), les équipes responsables du complexe d’injecteurs ont travaillé d’arrache-pied pour préparer le faisceau du HL-LHC. Ce faisceau d’intensité et de brillance élevées, pouvant atteindre 2,3 × 10¹¹ protons par paquet, est désormais disponible dans les injecteurs. Cependant, la machine LHC actuelle n’est pas en mesure de prendre en charge en toute sécurité un faisceau aussi brillant et intense ; il faudra pour cela attendre la mise en service du HL-LHC, au terme du LS3.
Cela dit, la configuration actuelle du LHC offre encore une certaine marge pour porter la densité des paquets à environ 1,8 × 10¹¹ protons par paquet, même si celle-ci est limitée physiquement par le phénomène des nuages d’électrons, qui empêche d’atteindre la pleine intensité de faisceau (produit du nombre de paquets par la densité des paquets). Nous devons également garder à l’esprit qu’une augmentation de l’intensité du faisceau risque de faire apparaître d’autres limitations de la machine, rendant nécessaires une interruption temporaire de l’exploitation avec faisceau, ce que nous voulons éviter, en particulier pendant une phase essentielle de production de luminosité. Toutefois, il est intéressant d’acquérir une expérience opérationnelle avec des densités de paquets plus élevées afin de se préparer aux niveaux de densité des paquets attendus au HL-LHC après le LS3.
Afin de prendre en compte au mieux tous ces éléments, une stratégie prudente a été définie au début de l’année 2025, consistant à atteindre une luminosité intégrée robuste avant d’envisager une augmentation progressive de la densité des paquets.
Lors d’une réunion du comité de la machine LHC prévue plus tard en août, des experts du domaine et des membres de la direction du secteur Accélérateurs et technologie (ATS) étudieront la possibilité d’augmenter la densité des paquets en vue d’atteindre un objectif de 1,8 × 10¹¹ protons par paquet, tout en examinant attentivement les observations de tous les groupes chargés des équipements et en évaluant les risques potentiels.
Du côté des injecteurs, le complexe fonctionne très bien, avec une disponibilité élevée pour la livraison des protons aux installations à cible fixe. Les préparatifs pour les dernières semaines de la période d’exploitation 2025 sont déjà en cours.
Après une période intense de campagnes avec ions oxygène et néon, la source du Linac 3 a fait l’objet d’opérations de maintenance, au cours desquelles elle est repassée en mode de production d’ions plomb. Le 25 juillet, avec une semaine d’avance sur le calendrier, le faisceau d’ions plomb a été de nouveau accéléré avec succès dans le Linac 3. Prochaines étapes : fourniture du faisceau d’ions plomb au LEIR le 15 septembre, puis injection dans le PS le 6 octobre, et dans le SPS le 13 octobre. Ces étapes font toutes partie des préparatifs en vue des prochaines campagnes de physique Pb–Pb et éventuellement proton-Pb dans le LHC, ainsi que de la campagne de physique avec Pb dans la zone Est du PS et dans la zone Nord du SPS, prévues pour les dernières semaines de la période d’exploitation 2025, laquelle s’achèvera le 8 décembre à 6 heures du matin.
D’ici là, nous disposons encore de beaucoup de temps de faisceau de protons ; les activités de production de physique et de développement machine se poursuivront tant dans le complexe d’injecteurs que dans le LHC.