Run3 du LHC : bilan et perspectives à mi-parcours
Le 8 mars a débuté la troisième année de la troisième phase d'exploitation (Run 3) du LHC. Depuis les premières injections, après une phase de réglages indispensables de la machine et des détecteurs, les expériences ont enregistré un grand nombre de collisions à haute énergie. En seulement quelques semaines, la luminosité intégrée mesurée fin mai a déjà atteint près de 24 fb-1 avec pour objectif en fin d’année 110 fb-1. Retour sur le bilan des deux premières années de collisions et sur les enjeux des deux prochaines années qui seront cruciales pour atteindre les performances attendues par les expériences du LHC.
Bilan contrasté des deux premières années
La troisième phase d’exploitation du LHC a démarré en juillet 2022, après 3 ans d’arrêt programmé de la machine au cours duquel de nombreuses jouvences au cœur des quatre grandes expériences ont été mises en œuvre. Coté accélérateur, le changement majeur en ce début de Run 3 est la montée en énergie de collisions du LHC, passant 13 à 13,6 TeV, et ouvrant ainsi de nouvelles perspectives de découvertes. Si l’année 2022 a été écourtée afin de contribuer à l’effort de sobriété énergétique, elle n’en reste pas moins une excellente année de redémarrage après plus de 3 ans sans faisceau, avec près de 40 fb-1 de luminosité intégrée délivrée au cœur des expériences Atlas et CMS
En 2023, le LHC a très bien redémarré après l’arrêt hivernal. Cette deuxième année d’exploitation a cependant été entachée de plusieurs incidents impactant la performance globale de la machine. Le plus sérieux d’entre eux a été la transition résistive d’un aimant triplet, causée par une perturbation électrique due à la chute d’un arbre sur une ligne du réseau suisse. La reprise après l’été des collisions à haute intensité a été contrecarrée par les dommages subis, bloquant le compteur pour cette année-là à 30 fb-1 environ pour les expériences CMS et Atlas, sur les 75 prévus. Toutefois, le programme de collisions d’ions lourds a pu être mené avec succès. Avec plus de 2 nb-1 de ce type de collisions enregistrés, l’expérience Alice, après une jouvence très importante pour ce Run 3 (électronique, systèmes de lecture et nouveaux détecteurs…), a fait le plein de nouvelles données.
La reprise du Run 3 en 2024 laisse entrevoir d’excellentes performances
L’année 2024 va être cruciale pour le Run 3. L’exploitation de la machine a été prolongée pour cette année de quatre semaines avec les collisions de protons qui se termineront le 17 octobre, suivies du programme d’ions lourds qui s’étendra jusqu’au 25 novembre. Après les consolidations pendant l’arrêt hivernal, le LHC affiche un objectif ambitieux de 110 fb-1 pour cette année. Les premières semaines d’exploitation ont montré d’excellentes performances, avec par exemple des records de production de 1,23 fb-1 en seulement 24 heures, et aussi des taux d’empilement typique de 62 à 65 par croisement de faisceaux pour les deux expériences généralistes. Avec 24 fb-1 enregistrés fin mai, le LHC suit précisément les prédictions de luminosité jusqu’à présent. Cette année sera aussi cruciale pour l’expérience LHCb en phase d’exploitation après une entière remise à niveau de ses détecteurs.
L’année 2025 devrait se poursuivre sur la même lancée et donc offrir au final une quantité de données à exploiter pour cette troisième phase qui devrait approcher les 280 fb-1, à ajouter au 160 fb-1 du Run 2, et dépasser les 5 nb-1 pour les collisions ions lourds. Suivra alors un nouvel arrêt long de la machine pour entrer dans une nouvelle ère, celle de la phase de haute luminosité du LHC (HL-LHC).
L’exploitation de ces données avec une statistique sans précédent promet une abondante production scientifique qui reste toujours très soutenue. Les équipes IN2P3 des laboratoires de l’APC,CC-IN2P3, CPPM, IJCLab, IP2I, IPHC, L2IT, LAPP, LLR, LPCA, LPNHE, LPSC, Omega et Subatech sont fortement mobilisées sur les expériences du LHC et HL-LHC, afin d’opérer, maintenir et améliorer les détecteurs ainsi que les techniques de déclenchement, de reconstruction et stockage des données, tout en exploitant le riche programme de physique du LHC.
