Le grand collisionneur de hadrons (LHC) obtient une bouffée d'air frais lorsqu'il collit les faisceaux de protons et d'ions oxygène pour la toute première fois. Les collisions oxygène – oxygène et néon – neon sont également au menu des prochains jours.
Du 29 juin au 9 juillet, le LHC passera aux opérations spéciales: deux jours de collisions proton-oxygène, suivis – les premières additionnelles – deux jours de collisions oxygène-oxygène et un jour de collisions néon-neon, avec plusieurs jours de configuration et de mise en service de la machine.
Cette campagne couvrira un large éventail de recherches, de l'étude des rayons cosmiques à la force forte et au plasma Quark-Gluon, et les expériences du LHC attendent déjà avec impatience une grande récolte de nouvelles données.
Ce n'est pas seulement le début d'une campagne dynamique, mais aussi la fin d'un processus long et méticuleux qui a commencé dans le complexe accélérateur à la mi-avril (et dès 2019 dans le cas des études de faisabilité initiales). Chaque machine devait être spécialement configurée pour le fonctionnement avec des ions oxygène et néon, qui sont produits dans Linac3 avant d'être injectés dans le cycle ionique à faible énergie (LEIR), le proton synchrotron (PS), le Synchrotron Super Proton (SPS) (qui enverra également les faisceaux d'oxygène aux expériences fixe de la cible dans la région nord) et enfin le LHC.
« Le mode de fonctionnement actuel, dans lequel un faisceau de protons entre en collision avec un faisceau d'ions oxygène, est le plus difficile », souligne Roderik Bruce, un spécialiste des ions LHC. « En effet, le champ électromagnétique à l'intérieur de l'accélérateur affecte différemment les protons et les ions d'oxygène, en raison de leurs différents rapports de charge / masse. En d'autres termes, sans correction, les deux faisceaux se heurteraient à des endroits différents à chaque tour. »
Pour surmonter ce problème, les ingénieurs ajustent soigneusement la fréquence de la révolution et l'élan de chaque faisceau, de sorte que les collisions se déroulent au cœur des quatre principales expériences du LHC: Alice, Atlas, CMS et LHCB.
Mais ces quatre expériences ne sont pas les seules à être impliquées dans cette campagne spéciale. La semaine dernière, l'expérience du LHCF, qui étudie les rayons cosmiques à l'aide des particules à petit angle créées pendant les collisions, a installé un détecteur le long de la ligne de faisceau LHC, à 140 mètres du point de collision de l'expérience de l'ATLAS, qu'il utilisera pour le proton-oxygène. Ce détecteur sera ensuite supprimé et remplacé par un calorimètre, qui fournira des données supplémentaires pendant les collisions oxygène-oxygène et néon – neon.
Cette campagne est également l'occasion de continuer à tester la collimation des cristaux. Il s'agit d'une mise à niveau cruciale du système de collimation LHC pour atténuer le problème des halos des faisceaux ioniques (halos de particules qui s'éloignent de l'orbite des faisceaux). Le système de collimation conventionnel du LHC est moins efficace avec les faisceaux d'ions, de sorte que certains collimateurs cristallins seront insérés pour les tests juste avant le début des courses oxygène-oxygène et néon – neon.
Après plusieurs heures dans l'accélérateur, les faisceaux d'oxygène pourraient devoir être éjectés en raison de la «pollution du faisceau». « C'est un problème auquel nous ne sommes pas confrontés avec des faisceaux de protons, mais avec l'oxygène, nous éprouvons ce qu'on appelle l'effet de transmutation », explique Roderik Bruce.
« Chaque collision crée des particules secondaires du même rapport charge / masse que les ions oxygène, polluant le faisceau et potentiellement le rendre compliqué pour analyser les collisions. Donc, à un moment donné, nous pourrions avoir besoin d'éjecter le faisceau et d'injecter un nouveau faisceau de l'oxygène pur, mais le degré de transmutation n'est pas encore connu. L'analyse des données nous dira. »
