« Le Synchrotron à protons (PS) est le cœur du système d'accélérateurs du CERN. Situé au centre du complexe, il alimente en faisceaux de particules le Grand collisionneur de hadrons (LHC), mais aussi plusieurs des principales installations du CERN, notamment l'usine d'antimatière et la zone Est ». Klaus Hanke, chef de l'équipe responsable des opérations du Synchrotron à protons, pèse ses mots pour décrire le plus ancien accélérateur du CERN encore en service. Le 4 mars, le doyen des accélérateurs recevait son premier faisceau de particules après un arrêt de deux ans, durant lequel il a fait l'objet d'importantes améliorations pour le préparer à une luminosité plus élevée (qui est un indicateur du nombre de collisions).
Au sein du complexe d’accélérateurs du CERN, des protons extraits d'une source d'hydrogène gazeux sont accélérés dans le tout nouveau Linac 4 et dans le Booster du PS, avant d'être injectés dans le PS, qui alimente à son tour, de façon directe ou indirecte, la plupart des accélérateurs et des expériences du CERN. Le nouveau Linac 4 et le Booster du PS amélioré fournissent à présent au PS des faisceaux accélérés jusqu'à 2 GeV, ce qui représente une augmentation de 0,6 GeV par rapport aux faisceaux précédents. Pour que le PS, vieux de 60 ans, puisse supporter de telles énergies, l'anneau de l'accélérateur a été équipé ces dernières années avec du matériel de pointe, notamment des aimants rénovés, de nouveaux absorbeurs de faisceaux, et des dispositifs d'instrumentation de faisceau, ainsi que des systèmes améliorés de radiofréquence et de refroidissement.
L'injection du premier faisceau dans le PS marque la fin de plus de dix années de travaux de recherche et de développement axés sur cet équipement, dans le cadre du projet d’amélioration des injecteurs du LHC. Des mois de tests à blanc (sans faisceau) et de vérifications du système ont permis de franchir haut la main cette étape importante vers une remise en activité plus générale des accélérateurs du CERN. « L’injection d’un faisceau n’a rien à voir avec le lancement d’une fusée ; il ne s’agit pas d’appuyer sur un bouton et de regarder le PS démarrer sur les chapeaux de roues. Nous devons injecter les protons progressivement, tout en ajustant les paramètres et en corrigeant les problèmes en cours de route, jusqu'à ce que nous atteignions un niveau d'énergie satisfaisant », explique Klaus Hanke.
L'injection du premier faisceau sera suivie par une période de mise en service de quelques mois pour permettre de régler la machine pendant que le reste du système d'accélérateurs du CERN se remet progressivement en marche après deux années de sommeil. Ces machines, et les nombreuses expériences auxquelles elles sont reliées, bénéficieront des niveaux d'énergie plus élevés lors de la prochaine période d'exploitation qui débutera l'année prochaine. Grâce à ces nouvelles énergies, des faisceaux de particules plus focalisés et plus denses pourront être produits, qui permettront d'obtenir des résultats plus précis. Mais ce n’est qu’avec l'avènement du LHC à haute luminosité que les améliorations du PS et du complexe d'accélérateurs en général révèleront leur véritable potentiel. Des anneaux plus solides et plus efficaces seront en effet essentiels pour fournir au LHC une luminosité finale qui devrait être dix fois plus élevée qu'auparavant.