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Grand ménage du printemps pour le LHC

Depuis son redémarrage le 13 mars dernier, et jusqu’à la semaine dernière, le LHC, le Grand Collisionneur de Hadrons, avait produit très peu de collisions pour les milliers de physiciens et physiciennes comme moi, impatients de mettre la main sur de nouvelles données afin de préparer de nouveaux résultats pour les conferences d’été. Pour la simple raison qu’il fallait tout d’abord que l’équipe du LHC puisse reproduire les performances de la fin de l’année dernière, et tout récemment, réussir à nettoyer à fond le tuyau à vide de l’accélérateur.

Mais puisque le LHC est tout neuf, pourquoi un tel nettoyage? Le fait d’être tout neuf est justement le problème. C’est comme lorsqu’on achète une nouvelle voiture: ça sent le neuf! Et le LHC devait perdre cette odeur de neuf.

Quiconque a déjà travaillé avec un système à vide ultra pur sait que lorsqu’on commence à pomper pour en évacuer l’air, ses matériaux relâchent peu à peu les molécules qui s’étaient logées à leur surface. Comme les vinyles et autres composants des voitures neuves relâchent les matières volatiles, les parois relâchent peu à peu les molecules qui s’y sont logées. Même en utilisant des matériaux non poreux comme le verre ou l’acier inox, il y a toujours des molécules qui réussissent à s’incruster à la surface. Ce phénomène est crucial pour le LHC puisqu’on y fait un vide équivalent à moins de un millionième de millionième de la pression atmosphérique.

Au cours de la première année d’opération en 2010, alors qu’on gagnait en expertise, on a réussi à augmenter l’intensité des faisceaux pratiquement à chaque semaine, surmontant les difficultés qui se présentaient à chaque étape. Mais vers la fin de l’année, les molécules relâchées dans l’accélérateur ont commencé à poser problème. Prenons l’exemple d’un boyau d’arrosage. Sous l’effet de la pression de l’eau dans le tuyau, si de la poussière ou des débris s’y trouvent, ils seront libérés et contamineront l’eau, surtout si on double, décuple, voire multiplie par cent mille la pression! Et c’est justement ce qui s’est passé l’an dernier: les molécules libérées, nous empêchaient d’augmenter encore plus la “luminosité”, l’équivalent de la pression dans notre cas.

Parce qu’on a affaire non pas à de l’eau dans notre tuyau, mais bien à des protons qui ont une charge électrique, ça se complique encore un peu plus car ils ionisent ces molécules, c’est-à-dire elles libèrent des électrons qui se retrouvent dans les pattes des faisceaux. Des nuages d’électrons se sont donc formé, empêchant le LHC d’atteindre sa vitesse de croisière. Moins de luminosité se traduit par moins de chance de faire une découverte intéressante.

D’où ce grand ménage printanier. Pendant dix jours, on a injecté des faisceaux de hautes intensités mais basse énergie pour aller récurer la paroi du tuyau de l’accélérateur. On a même mis à contribution ces mêmes électrons qui nous embêtaient. Profitant de la répulsion électrique induite au passage des protons, on projette les électrons avec force contre les parois, délogeant du coup toute molécule de contaminants. En répétant cette opération à plusieurs reprises, et en augmentant à chaque fois l’intensité des faisceaux, on a pu nettoyer à fond toutes les parois et constater qu’elles n’émettaient plus rien. Pour reprendre l’analogie du boyau d’arrosage, l’eau n’était plus contaminée.

Et les bénéfices ne se sont pas fait attendre! Dès le départ, l’équipe du LHC a réussi à injecter des faisceaux beacoup plus intenses. En une semaine à peine, on a pu accumuler autant de données que durant tout 2010, et même briser tous les records!

Maintenant, l’équipe du LHC va continuer à ajouter de plus en plus de protons regroupés en grappes, séparées les unes des autres de 50 nanosecondes (eh oui, seulement 50 milliardièmes de secondes). En ce moment, ils réussissent à injecter jusqu’à 480 grappes mais l’ojectif est de se rapprocher autant que possible de 1318 grappes, le nombre maximum qu’on peut introduire dans la machine. Mais plus facile à dire qu’à faire. C’est un peu comme jongler avec des centaines de balles à la fois! Et il y a deux faisceaux circulant en sens contraire. Tout ça dans le seul but de maximiser le nombre de collisions produites. Pour nous les physiciens et physiciennes, plus de collisions signifie plus de chances d’observer quelque chose de rare et intéressant. Nous sommes donc sur la bonne voie!

Pauline Gagnon

Pour être averti-e lors de la parution de nouveaux blogs, suivez-moi sur Twitter: @GagnonPauline

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