Cette collision proton-ion plomb dans le détecteur ATLAS a produit un quark top – le quark le plus lourd – et son antiquark. Crédit :ATLAS
C'est le dernier tour du ring des particules. Le 5 décembre 2016, des protons et des ions plomb ont circulé pour la dernière fois dans le Grand collisionneur de hadrons (LHC). A 6h02 précises, les expériences ont enregistré leurs dernières collisions (également appelées « événements »).
Lorsque les machines sont éteintes, les opérateurs du LHC font le point, et les chiffres obtenus sont étonnants.
Le nombre de collisions enregistrées par ATLAS et CMS au cours de l'exploitation des protons d'avril à fin octobre était 60 % plus élevé que prévu. Globalement, toutes les expériences LHC ont observé plus de 6,5 millions de milliards (6,5 x 10 15 ) collisions, à une énergie de 13 TeV. Cela équivaut à plus de données que ce qui avait été collecté lors des trois précédentes exécutions combinées.
En termes techniques, la luminosité intégrée reçue par ATLAS et CMS atteint 40 femtobarns inverses (fb -1 ), par rapport au 25fb -1 initialement prévu. Luminosité, qui mesure le nombre de collisions potentielles dans un temps donné, est un indicateur crucial de la performance d'un accélérateur.
« L'un des facteurs clés de ce succès a été la disponibilité remarquable du LHC et de ses injecteurs, " explique Mike Lamont, qui dirige l'équipe qui exploite les accélérateurs. La disponibilité du LHC était d'un peu moins de 60 %, ce qui signifie que l'accélérateur était en « mode collision » 60 % du temps :un exploit très impressionnant pour les opérateurs. « C'est le résultat d'un programme de travail continu au cours des dernières années pour consolider et faire évoluer les machines et les procédures, " poursuit Lamont.
L'une des premières collisions proton-ion plomb à 8,16 TeV enregistrée par l'expérience ALICE. Crédit :ALICE/CERN
Au cours des quatre dernières semaines, la machine s'est tournée vers un autre type de collision, où les ions plomb sont entrés en collision avec des protons. "C'est un mode de fonctionnement nouveau et complexe, mais l'excellent fonctionnement des accélérateurs et la compétence des équipes impliquées nous ont permis de dépasser nos attentes de performance, " dit John Jowett, qui est en charge des courses d'ions lourds.
Avec la machine fonctionnant à une énergie de 8,16 TeV, un record pour ce type de collision asymétrique, les expériences ont enregistré plus de 380 milliards de collisions. La machine a atteint un pic de luminosité sept fois plus élevé que prévu initialement, ainsi que des durées de vie exceptionnelles des faisceaux. Les performances sont d'autant plus remarquables que la collision de protons avec des ions plomb, qui ont une masse 206 fois supérieure et une charge 82 fois supérieure, nécessite de nombreux réglages minutieux de la machine.
Les physiciens analysent maintenant les énormes quantités de données qui ont été recueillies, en vue de la présentation de leurs résultats aux conférences d'hiver.
Un événement enregistré par l'expérience CMS lors du run proton-ion plomb du LHC pour lequel pas moins de 449 traces de particules ont été reconstituées. Crédit :CMS/CERN
Pendant ce temps, Les accélérateurs du CERN vont faire une longue pause, appelé le Extended Year End Technical Stop (EYETS) jusqu'à la fin avril 2017. Mais, pendant que les accélérateurs sont peut-être en vacances, les équipes techniques ne le sont certainement pas. La halte hivernale est l'occasion d'effectuer la maintenance de ces machines extrêmement complexes, qui sont constitués de milliers de composants. Cet arrêt annuel est prolongé de deux mois en 2017 pour permettre d'autres gros travaux de rénovation du complexe de l'accélérateur et de ses 35 kilomètres de machines. Les particules retourneront au LHC au printemps 2017.
Une collision proton-ion plomb enregistrée par l'expérience LHCb au cours des derniers jours de l'exploitation 2016 du LHC. Crédit :LHCb
La luminosité intégrée du LHC avec les collisions proton-proton en 2016 par rapport aux années précédentes. La luminosité est une mesure de l'efficacité d'un collisionneur et est proportionnelle au nombre de collisions. La luminosité intégrée obtenue par le LHC en 2016 a largement dépassé les attentes et est le double de celle obtenue à une énergie inférieure en 2012. Crédit :CERN
