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Le Supersynchrotron à protons (SPS) a commencé à envoyer des faisceaux accélérés en direction de la zone Nord, où une nouvelle campagne de physique a débuté. Maillon essentiel de la chaîne d'accélération du LHC, le SPS alimente en effet aussi en faisceaux les expériences à cible fixe situées dans la zone Nord, ainsi que l'expérience AWAKE et l'installation HiRadMat.
Première accélération
Le 12 avril 2021, un premier faisceau était injecté dans le SPS depuis le Synchrotron à protons (PS), et, trois semaines plus tard, le 4 mai, la première accélération avait lieu dans le SPS au moyen du tout nouveau système d'accélération radiofréquence de l’accélérateur. « Nous avons tout d'abord accéléré ce que nous appelons des “faisceaux LHC”, qui sont différents de ceux dont a besoin la zone Nord », explique Verena Kain, chef d'opération du SPS. « Les faisceaux LHC sont constitués au maximum de 288 paquets de haute intensité à intervalles de 25 nanosecondes, alors que les faisceaux de la zone Nord remplissent pratiquement toute la circonférence du SPS d'un nombre bien plus grand de paquets, de basse intensité, à intervalles de 5 nanosecondes. »
Du fait du mode de production utilisé dans les injecteurs du SPS, les faisceaux destinés aux expériences à cible fixe doivent être injectés dans le SPS à une énergie plus basse que celle des faisceaux LHC. Par conséquent, ils doivent être accélérés à une énergie appelée « énergie de transition ». « Nous devons contrôler la position radiale des faisceaux au moyen d’un système d'asservissement tout en accélérant ces derniers à une énergie de transition ; les faisceaux deviennent alors facilement instables autour du point de transition », explique Verena Kain. « Avant de pouvoir envoyer correctement les faisceaux, il a fallu un temps considérable pour ajuster, au moyen du nouveau dispositif de contrôle-commande RF, les paramètres permettant d’assurer la transition. »
Un tout nouveau système RF
« Le nouveau système RF du SPS utilise la technologie des amplificateurs à semi-conducteurs – un procédé révolutionnaire, c'est le moins qu’on puisse dire ! Le résultat de cinq années de travaux de recherche et développement en collaboration avec l'entreprise française Thales », explique Éric Montesinos, chef adjoint du groupe RF. Le système est en fonctionnement depuis novembre 2020 et a atteint plus tôt cette année la puissance de crête de 1,6 mégawatt – une première mondiale.
« C’est pour le CERN un immense succès, qui a été possible grâce à une collaboration étroite entre notre groupe et les spécialistes de Thales », poursuit Éric Montesinos. « Le chemin n'a pas été facile : nous avons développé pas moins de 28 prototypes ! Mais le système est à présent pleinement opérationnel ; le taux de pannes est inférieur au taux calculé et le taux de disponibilité avoisine les 100 % pour le SPS. »
Les équipes du SPS préparent maintenant la montée en intensité en vue d’atteindre les paramètres du HL-LHC, l'objectif ultime. Les faisceaux extraits du SPS sont maintenant plus « brillants » ; autrement dit, leur concentration en particules est plus grande dans un volume donné ; c’est ce qui permettra d'accroître le nombre de collisions dans le LHC. Il faudra toutefois attendre encore plusieurs années avant que les paramètres nominaux du HL-LHC soient atteints dans le SPS.
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Voyez ou revoyez l'événement diffusé en direct lors de la première accélération de faisceau dans le SPS, le 4 mai 2021 : https://www.youtube.com/watch?v=pJI-AgbA050