Premières collisions LHC de 2013 : protons et ions plomb

Des gerbes de particules envahissant le détecteur ALICE à l’occasion des premières collisions proton-ion plomb de 2013 (Image : CERN)

Hier, à 15 h 08, après une semaine de tests avec des faisceaux de protons et d’ions plomb, l’équipe du Grand collisionneur de hadrons (LHC) a annoncé, à l'occasion de la campagne de collisions proton-plomb, la production de « faisceaux stables », soit les premiers faisceaux pour la physique au LHC de 2013.

« L’annonce de faisceaux stables lors de collisions à une nouvelle énergie, ou avec de nouvelles particules entrant en collision, suscite toujours un sentiment d’exaltation car cela signifie qu’un nouveau domaine de la physique va pouvoir être exploré, déclare John Jowett, physicien spécialiste des accélérateurs et membre de l'équipe ions lourds au LHC. En l’occurrence, par rapport aux collisions comparables précédentes, l’énergie a été augmentée d’un facteur 25, ce qui représente l’une des augmentations les plus fortes de ce type dans l’histoire des accélérateurs de particules. C’est fantastique que tous ces jeunes physiciens et ingénieurs, dont la contribution a été essentielle, aient pu participer à cet événement au LHC. »

Reyes Alemany Fernández, du groupe chargé de l'exploitation du LHC, ajoute que l'annonce de faisceaux stables est un peu comme une pause qui arrive à point nommé après un voyage mouvementé. « Mais d'autre défis nous attendent », souligne-t-elle.

Pour porter à son maximum le taux de collisions dans un nombre d’expériences sans précédent, Jorg Wenninger, du groupe chargé de l’exploitation du LHC, a dirigé la mise en service d’une nouvelle séquence de compression - une phase de 15 minutes à 4 TeV au cours de laquelle la taille des faisceaux est ramenée à 25 micromètres environ aux points d’interaction.

Les faisceaux de protons et d’ions plomb ont commencé à circuler en sens inverse dans le LHC sur des orbites centrées et à différentes fréquences de révolution, puis ont été montés en puissance séparément jusqu’à l’énergie de collision maximale de l'accélérateur. « Avant le passage à la physique, les deux faisceaux sont calés sur une fréquence identique, puis sont décalés progressivement de façon que les paquets se rencontrent au centre des détecteurs, indique Philippe Baudrenghien, du groupe Radiofréquence. Ce mécanisme d’avancement par cran (cogging) est propre à l’exploitation proton-ion. » Les collisions qui en résultent ont envoyé des gerbes de particules dans l’ensemble des détecteurs ATLAS, CMS, LHCb et ALICE.

« La configuration des faisceaux de protons et d’ions plomb après l’arrêt technique de fin d’année s’est faite sans encombre grâce au dévouement des équipes travaillant sur les injecteurs, précise John Jowett. L’équipe du Linac 3 a laissé activée la source d’ions plomb pendant toute la durée de l’arrêt technique ; la remise en service du complexe d'accélérateurs a donc pris peu de temps, poursuit-il. Les équipes ont pu disposer rapidement de nouveaux faisceaux de protons et d’ions plomb dans leurs chaînes parallèles d’injecteurs, et sont parvenues à mettre au point une configuration de remplissage des faisceaux qui permette à ceux-ci d’être bien en phase dans le LHC.  À cette occasion, le LEIR a enregistré un nouveau record d’intensité pour des faisceaux d’ions. »

Ces collisions marquent le début de l’exploitation plomb-proton, qui devrait se poursuivre jusqu’en février, date à laquelle le LHC sera mis à l’arrêt pendant deux ans.