C'est la fin de la route des protons cette année après une magnifique performance du Large Hadron Collider (LHC). Vendredi, les derniers faisceaux de l'exploitation proton 2017 ont circulé dans le LHC. La course s'est terminée, comme chaque année, avec un tour d'horizon des performances de luminosité, l'indicateur par lequel l'efficacité d'un collisionneur est mesurée et sur lequel les opérateurs gardent un œil constant.

Le LHC a largement dépassé son objectif pour 2017. Il a fourni ses deux expériences majeures, ATLAS et CMS, avec 50 femtobarns inverses de données, soit 5 milliards de millions de millions de collisions. Le femtobarn inverse (fb-1) est l'unité utilisée pour mesurer la luminosité intégrée, ou le nombre cumulé de collisions potentielles sur une période donnée.

Ce résultat est d'autant plus remarquable que les experts en machines ont dû surmonter un sérieux revers. Un problème de vide dans le tube du faisceau d'une cellule magnétique a limité le nombre de paquets pouvant circuler dans la machine. Plusieurs équipes ont été mobilisées pour trouver une solution. Notamment, la disposition des paquets dans les faisceaux a été modifiée. Après quelques semaines, la luminosité a recommencé à augmenter.

À la fois, au cours de l'année, les opérateurs ont optimisé les paramètres de fonctionnement. Grâce à un nouveau système mis en place cette année, ils ont notamment réduit la taille des faisceaux lorsqu'ils se rencontrent au centre des expériences. Plus les poutres sont serrées, plus il y a de collisions à chaque fois qu'ils se rencontrent. L'année dernière, les opérateurs ont réussi à obtenir 40 collisions à chaque croisement de grappes, chaque grappe contenant 100 milliards de particules. En 2017, jusqu'à 60 collisions ont été produites à chaque passage à niveau.

Grâce à ces améliorations, le record de luminosité instantanée a été battu, atteignant 2,06 x 10 ³⁴ cm ^-2 s ^-1 , ou deux fois la valeur nominale. La luminosité instantanée correspond au nombre potentiel de collisions par seconde.

Le LHC continuera à fonctionner pendant encore deux semaines pour deux périodes spéciales dont une semaine pour les études d'exploitation. La première spéciale consistera à effectuer des collisions de protons à 5,02 TeV (contre 13 TeV habituels), la même énergie que celle prévue pour les essais d'ions plomb de l'année prochaine. Cela permettra aux physiciens de collecter des données avec des protons, qu'ils pourront ensuite comparer avec les données des ions plomb.

La deuxième spéciale, à très faible luminosité, fournira des données pour les expériences TOTEM et ATLAS/ALFA. Ces deux expériences utilisent des détecteurs situés de part et d'autre de deux grands détecteurs LHC :CMS dans le cas de TOTEM et ATLAS dans le cas d'ATLAS/ALFA. Ils étudient les interactions appelées diffusion élastique, où deux protons ne changent que légèrement de direction lorsqu'ils interagissent, plutôt que de se heurter. Pour ces études, le LHC rend les faisceaux aussi larges que possible. Quoi de plus, l'énergie sera limitée à 450 GeV, c'est-à-dire l'énergie à laquelle les faisceaux sont injectés depuis le complexe d'accélérateurs dans le LHC.

Finalement, les opérateurs mèneront une campagne de "développement machine". Plus d'une semaine, ils effectueront des tests de fonctionnement pour améliorer encore les performances de l'accélérateur (il ne peut jamais être trop bon) et commenceront à préparer le LHC à haute luminosité, qui prendra le relais du LHC après 2025.

Lorsque ces tests sont terminés, les opérateurs arrêteront la machine pour l'arrêt technique de fin d'année.