Un nouveau chantier s’ouvre aujourd’hui, vendredi 15 juin 2018, au LHC, le grand collisionneur de hadrons. Initié en 2011, ce projet vise à mettre en service d’ici à 2026 un LHC haute luminosité (HL-LHC) qui permettra d’augmenter le nombre de collisions protons-protons et de récolter davantage de données. La France contribue de manière importante à ce projet (à hauteur de 180M€, masse salariale incluse). Les équipes du CNRS et du CEA participent en particulier à la recherche et aux développements technologiques sur les aimants supraconducteurs ainsi qu’à la jouvence des détecteurs et de l’accélérateur. Côté français, ce sont ainsi plus de 400 scientifiques qui accompagnent le renouveau du plus grand et du plus puissant collisionneur de particules au monde.
Pourquoi augmenter la luminosité?
Le projet HL-LHC a pour ambition d'améliorer le potentiel de découverte du LHC en augmentant d'un facteur dix le nombre de collisions par croisement de faisceau à partir de 2026. Par exemple chaque année 15 millions de bosons de Higgs seront produits, contre un total de 1,2 million entre 2011 et 2012. Une telle quantité de données permettra d'obtenir une sensibilité bien meilleure pour dénicher des processus rares jusqu'à lors inaccessibles.
en savoir plus avec le communiqué de presse du CERN de 2015
Le CEA et CNRS participent à ce projet. Il y a deux types d’amélioration à mettre en œuvre : celles sur l’accélérateur et celles sur les détecteurs.
Les améliorations de l’accélérateur
Le laboratoire d'études des aimants supraconducteurs du DACM/Irfu développe avec le CERN et des industriels un des nouveaux quadripôles pour la zone d’insertion avant les détecteurs où ont lieu les collisions. Ces aimants feront partie d’un ensemble de quadripôle (Q1, Q2, Q3 et Q4) qui assureront la compression des faisceaux avant les collisions. Ils contribueront à faire augmenter la luminosité intégrée du HL-LHC (c’est-à-dire le nombre total de collisions), jusqu’à la rendre dix fois supérieure à la valeur nominale initiale du LHC.
en savoir plus sur les "développements pour les futurs aimants supraconducteurs du LHC" au DACM.
à droite : réalisation au CEA/Saclay d’une couche de bobinage du quadrupole Q4
Conception magnétique du quadripôle à double ouverture de 90 mm composé des bobines en NbTi. Le schéma montre la répartition du champ magnétique dans les différents composants de l'aimant lorsque le courant nominal circule dans les deux ouvertures.
modules Micromegas du projet ATLAS/NSW assemblés dans la salle blanche CICLAD. (crédit photo, L. Goddart/CEA)
Les améliorations de sous-détecteurs de Atlas et CMS, visent, d'une part, à rendre les détecteurs plus résistants aux rayonnements et, d'autre part, à maintenir leur performance dans un environnement avec un taux d'empilement élevé (à chaque croisement de faisceau il pourra y avoir jusqu’à 200 collisions comparé à une trentaine en ce moment).
L’Irfu va contribuer à différentes améliorations de sous détecteurs qui se feront lors des deux phases dédiées aux "upgrades" des détecteurs.
Dès à présent, deux grands projets de la phase 1 ont déjà démarré dans les laboratoires du Dedip, DIS et le groupe Atlas du DPhP:
Phase1 en 2019, 2020 :
- Mise à niveau du spectromètre muon ATLAS
Il s'agit de la construction dans la technologie MicroMégas (initiée a Saclay) de 25% (~300 m2) des chambres des nouvelles petites roues vers l'avant (NSW). Participation importante à l'intégration de ces nouvelles roues et au systeme d'alignment. L'Irfu est le seul institut à effectuer l'ensemble de l'assemblage sur site.
- Mise à niveau de l’électronique du calorimètre Argon liquide d’Atlas
Conception de la partie analogique de la nouvelle carte électronique qui détermine le processus de déclenchement au premier niveau pour le calorimètre électromagnétique. Un premier prototype, satisfaisant les tests avec les données, a déjà été installé en 2014. La production de 130 cartes va démarrer fin 2018.
Phase2 en 2024, 2025 :
De nombreux projets sont prévus depuis la mise à niveau de cartes éléctronique de lecture à celle de détecteurs, comme le trajectographe interne d'Atlas et le calorimètre électromagnétique de CMS.
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• Le Département d'Électronique des Détecteurs et d'Informatique pour la Physique (DEDIP) • Le Département d'Ingénierie des Systèmes (DIS) • Le Département de Physique des Particules (DPhP) • Le Département des accélérateurs, de cryogénie et de magnétisme (DACM)
• Détecteurs: physique et simulation (DEPHYS) • Laboratoire de Développement et d’Intégration de Systèmes de Contrôle (LDISC) • Atlas • Laboratoire d'’études des aimants supraconducteurs (Léas)
• ATLAS • ATLAS-Muons
