9 novembre 2010
Premières collisions d’ions lourds au LHC

Après 7 mois de collisions avec des protons, le LHC entame une nouvelle phase d’exploitation. Pendant un mois et pour la première fois, des ions plomb sont accélérés et entrent en collision dans la machine. Cette exploitation ouvre de toutes nouvelles perspectives et permettra de sonder la matière telle qu’elle existait dans les tout premiers instants de l’Univers. À partir du 6 décembre, le LHC subira un arrêt technique pour maintenance puis l’exploitation avec protons reprendra en février et le programme scientifique se poursuivra tout au long de l’année 2011.

L’exploitation du LHC avec des ions plomb (des atomes de plomb débarrassés de leurs électrons) est radicalement différente de l’exploitation avec protons. De la source jusqu’aux collisions, les paramètres de fonctionnement doivent être redéfinis pour ce nouveau type de faisceau. Pour les ions plomb (comme précédemment pour les protons), on a commencé par envoyer un seul faisceau dans l’anneau, dans un seul sens, avant d’augmenter progressivement le nombre de tours. On a ensuite procédé de même avec le faisceau de sens inverse. Les deux faisceaux une fois en circulation, ils ont pu être accélérés jusqu’à la pleine énergie, soit 287 TeV par faisceau. Une valeur beaucoup plus élevée que pour les faisceaux de protons car les ions plomb contiennent 82 protons. D’autres ajustements minutieux ont ensuite été nécessaires avant d’aligner les faisceaux pour les faire entrer en collision. Finalement il aura fallu seulement quatre jours au Cern pour passer des protons aux ions plomb. Les conditions stables ont été obtenues le 8 novembre 2010.

Pour les trois expériences qui enregistrent des données avec des ions plomb (Alice, Atlas et CMS), cela signifie le début d’une exploitation continue avec des ions plomb jusqu’à l’arrêt technique hivernal, qui commencera le 6 décembre. L’un des principaux objectifs de ce programme en ions lourds est de produire d’infimes quantités de cette matière, le plasma quark-gluon, et d’étudier son évolution vers la matière qui constitue l’Univers aujourd’hui. Cette étude permettra de mieux comprendre les propriétés de l’interaction forte, qui lie les particules appelées quarks pour former des objets plus grands comme les protons et les neutrons.

Exploitation 2010 des protons : mission accomplie

L’exploitation 2010 avec protons auprès du LHC a pris fin avec succès le 4 novembre 2010. Depuis la fin du mois de mars, lorsque les premières collisions se sont produites à une énergie totale de 7 TeV, les équipes de la machine et des expériences ont rempli tous les objectifs qu’elles s’étaient fixés pour cette première année d’exploitation pour la physique avec protons à cette énergie record, et un nouveau territoire a été exploré.

L’un des grands objectifs de 2010 était de parvenir à « taux de collisions » (ou luminosité) de 10*32 /cm2/s. Mission accomplie le 13 octobre, avec deux semaines d’avance par rapport au calendrier. Avant que l’exploitation avec protons ne prenne fin, le double de cette luminosité avait été atteint, ce qui a permis aux expériences de doubler la quantité de données collectées en l’espace de quelques jours seulement. Les expériences LHC ont déjà franchi une nouvelle étape avec les premières mesures réalisées à une énergie totale de 7 TeV.

Le principal objectif pour 2011 sera de permettre aux expériences de collecter suffisamment de données (« un inverse femtobarn » dans le jargon des physiciens) pour faire des avancées importantes dans un large domaine de la physique.

La grille de calcul mondiale relève le défi

La grille de calcul mondiale pour le LHC (WLCG), sur laquelle s’appuient les expériences, concentre la puissance informatique de plus de 140 centres de calcul indépendants répartis dans 34 pays. Elle permet de répondre au million d’analyses demandées quotidiennement par des centaines de physiciens et de transférer les données à des débits impressionnants. Des pics de l’ordre de 10 gigaoctets par seconde ont notamment été observés, équivalant au transfert de deux DVD complets par seconde.

Avec les collisions d’ions plomb, la WLCG s’apprête à faire face à de nouveaux défis dans la mesure où les flux de données seront notablement plus importants que ceux enregistrés lors des collisions proton-proton. Les tests effectués récemment ont démontré que le système de stockage des données du Cern est en mesure d’absorber les données à un taux plus de trois fois supérieur à celui observé lors des collisions proton-proton, et plus de deux fois supérieur à celui prévu initialement pour les collisions d’ions lourds.

Animations : les premières collisions plomb-plomb

Animation : développement d’une des premières collisions plomb-plomb dans Alice, le 8 nov.2010. ©CERN/ALICE
Une vidéo ©CERN/ALICE

Animation : découvrez une des premières collisions plomb-plomb dans CMS, le 8 nov.2010. ©CERN/CMS
Une vidéo ©CERN/CMS

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pour en savoir +

Ce texte a été adapté des communiqués de presse du Cern du 8 novembre 2010 et du 4 novembre 2010.
Suivez les avancées du LHC sur twitter à http://twitter.com/cern_fr.
CMS annonce les collisions Plomb-Plomb (pdf)
Le LHC : deux accélérateurs en un
Alice c’est quoi ?
Les enjeux scientifiques du LHC