Bien que le LHC, la zone Nord auprès du SPS et une partie de la zone Est auprès du PS soient passés à l’exploitation avec ions plomb, les faisceaux de protons et d’antiprotons restent essentiels pour plusieurs installations, notamment ISOLDE, n_TOF, une partie de la zone Est et le complexe AD. Comme toujours, lorsqu’une campagne d’exploitation touche à sa fin, les scientifiques veulent tirer le meilleur parti du peu de temps de faisceau restant, et chaque proton, antiproton et ion semble précieux.

Il est donc essentiel de maintenir la disponibilité des faisceaux pendant les derniers jours de la période d’exploitation, mais ce n’est pas une mince affaire.

Le premier facteur limitant tient à la production de faisceau elle-même. Le remplissage du LHC avec des ions plomb est un processus complexe pour la chaîne d’injecteurs, qui a un impact direct sur la disponibilité du faisceau pour les expériences à cible fixe. Le cycle SPS requis pour les ions plomb destinés au LHC dure 57,6 s et nécessite 14 injections en provenance du PS. Alors que, dans le cas de l’exploitation avec protons, le remplissage du LHC peut être intercalé avec des livraisons destinées à  d’autres utilisateurs du SPS, le remplissage par ions plomb s’effectue en mode exclusif, ce qui signifie qu’aucun faisceau ne peut être livré à la zone Nord pendant la durée de l’opération.

Au PS, la préparation du faisceau pour le SPS nécessite 14 cycles consécutifs de 2,4 s, ce qui signifie que plus de la moitié du supercycle du PS est allouée à la production d’ions plomb pour le LHC. Autrement dit, moins de la moitié du supercycle reste disponible pour d’autres installations en aval du PS, telles que n_TOF, la zone Est et l’AD.

En outre, pour l’exploitation avec ions plomb, le remplissage du LHC dure environ une heure, et la durée du fonctionnement en faisceaux stables (en mode collisions) est d’environ six heures, contre une dizaine d’heures dans le cas d’une exploitation avec protons. Il faut donc des remplissages plus fréquents du LHC, et chaque remplissage prend plus de temps.

Le deuxième facteur limitant est la disponibilité et la fiabilité des différents systèmes d’accélérateurs et de l’infrastructure technique ; les deux ont été dans l’ensemble excellentes, et comparables à ceux de l’année dernière. Cependant, plusieurs pannes non corrélées se sont produites la semaine dernière, ce qui a entraîné des temps d’arrêt importants dans plusieurs accélérateurs du complexe. De ce fait, la part de fonctionnement du LHC en faisceau stable a été assez faible et les expériences à cible fixe ont été privées de faisceau pendant des périodes prolongées.

La disponibilité des faisceaux provenant des injecteurs est restée bonne jusqu’au 21 novembre, date à laquelle une série d’incidents indépendants les uns des autres ont provoqué des arrêts d’une durée conséquente. Ainsi, toute la production de faisceaux dans le complexe du PS a été arrêtée vers midi à la suite d’un blocage des systèmes de contrôle d’accès et de sécurité, déclenché par la défaillance d’un automate programmable (PLC). Le principe de ce dispositif est, en cas de défaut dans le système, de placer toutes les machines dans un état sécurisé : arrêt de la production de faisceaux, activation de tous les éléments de sécurité et verrouillage de l’accès aux machines. Les experts ont procédé à la réparation du système et les conditions de production des faisceaux n’ont été rétablis qu’à 19 h 20.

Entre-temps, vers 15 h 30, une importante coupure de courant s’est produite sur le site de Meyrin, causée par l’ouverture d’un disjoncteur dans l’alimentation 66 kV d’une sous-station alimentant les accélérateurs. Outre qu’elle a déclenché un grand nombre d’alarmes dans les équipements de la chaîne d’injecteurs, la coupure de courant a également stoppé le refroidissement de l’aimant toroïdal d’ATLAS, ce qui a mis en route un arrêt progressif, rendant nécessaire ensuite une remise en état cryogénique d’une durée de 20 heures. Après une intervention intensive des experts, l’alimentation électrique de la sous-station a été rétablie aux environs de 17 h 20.

Même si la question du système d’accès n’avait pas encore été résolue à ce moment-là, les équipes du groupe Opérations ont pu redémarrer tous les équipements affectés par la coupure de courant. Les coupures de courant non planifiées entraînent toujours des effets collatéraux, et augmentent fortement le temps nécessaire pour remettre les machines en état de marche.

L’exploitation des faisceaux dans le complexe du PS a pu reprendre vers 22 h 20, mais uniquement pour les faisceaux de protons. Dans l’intervalle, le système d’injection du LEIR a connu une défaillance qui a nécessité l’intervention de l’expert de service, ce qui a empêché la production de faisceaux d’ions plomb.

Au matin du 22 novembre, une alarme incendie dans le SPS a interrompu la production de faisceaux. Heureusement, l’alarme avait été provoquée, non par un départ d’incendie, mais par un capteur défectueux. Le même jour, vers 16 h 30, l’équipe de l’infrastructure technique du Centre de contrôle du CERN a reçu un signal de manque d’oxygène  dans l’arc 1-2 du LHC, ce qui a provoqué l’intervention du Service de Secours et Feu du CERN. Il a été constaté qu’un capteur était défectueux, et, heureusement, qu’il n’y avait pas de fuite d’hélium.

Enfin, tous les accélérateurs de la chaîne sont redevenus pleinement opérationnels, et le LHC a retrouvé ses faisceaux. Le faisceau d’ions plomb, avec 1 240 paquets, a repris le mode collisions à 3 heures du matin le 23 novembre. La durée totale d’arrêt du LHC a été d’environ 38 heures.

Malgré la faible proportion de temps de faisceau stable pendant la semaine 47 (34 %), la production de luminosité avec ions plomb devrait pouvoir atteindre les objectifs fixés pour 2025. Cela s’explique en grande partie par le fait que les densités de paquets dans la chaîne d’injecteur sont supérieures à la valeur nominale.

Si la disponibilité et la performance des faisceaux restent bonnes pendant la dernière semaine de l’exploitation 2025, l’exploitation avec ions plomb pourra elle aussi, tout comme l’exploitation avec protons, être considérée comme un succès. Mais ce n’est pas encore gagné, alors gardons le champagne au frais jusqu’à ce que les objectifs aient été pleinement atteints.