Le vendredi 18 novembre, un test utilisant des collisions d’ions plomb a été effectué dans le Grand collisionneur de hadrons (LHC) et a permis aux expériences de valider les nouveaux détecteurs et les nouveaux systèmes de traitement des données avant la physique plomb-plomb de l’année prochaine. Cours.
Après le démarrage réussi du Run 3 en juillet de cette année, qui comportait des collisions proton-proton à l’énergie record de 13,6 TeV, c’était au tour des noyaux de plomb de circuler à nouveau dans le LHC vendredi dernier après une interruption de quatre ans. Les noyaux de plomb comprennent 208 nucléons (protons et neutrons) et sont utilisés au LHC pour étudier le plasma quark-gluon (QGP), un état de la matière dans lequel les constituants élémentaires, quarks et gluons, ne sont pas confinés dans les nucléons mais peuvent se déplacer et interagir sur un volume beaucoup plus important.
Lors du test effectué vendredi dernier, des noyaux de plomb ont été accélérés et sont entrés en collision à une énergie record de 5,36 TeV par collision nucléon-nucléon. Il s’agit d’une étape importante dans la préparation des essais de physique avec collisions plomb-plomb prévus pour 2023 et les années suivantes des essais 3 et 4. Dans les collisions plomb-plomb, chacun des 208 nucléons de l’un des noyaux de plomb peut interagir avec un ou plusieurs nucléons de l’autre noyau plomb.
Le complexe d’injecteurs d’ions du CERN a subi une série d’améliorations en vue du doublement de l’intensité totale des faisceaux d’ions plomb pour le LHC à haute luminosité. Atteindre cet objectif nécessite une technique appelée « empilement de glissement de moment » à utiliser dans le super synchrotron à protons (SPS), où deux lots de quatre paquets d’ions plomb séparés par 100 nanosecondes « glissent » pour produire un seul lot de 8 paquets de plomb. séparés de 50 nanosecondes.
Cela permettra au nombre total de paquets injectés dans le LHC de passer de 648 en Run 2 à 1248 en Run 3 et au-delà. Une fois toutes les mises à niveau terminées, le LHC fournira un nombre dix fois plus élevé de collisions d’ions lourds par rapport aux périodes d’exploitation précédentes.
Le test a également été une étape cruciale pour ALICE, l’expérience LHC spécialisée dans l’étude des collisions plomb-ion. L’appareil ALICE a été mis à niveau lors du récent arrêt du LHC et comprend désormais plusieurs détecteurs entièrement nouveaux ou grandement améliorés, ainsi que de nouveaux matériels et logiciels pour le traitement des données.
Les nouveaux détecteurs offrent une résolution spatiale plus élevée dans la reconstruction des trajectoires et des propriétés des particules produites lors des collisions. De plus, l’appareil mis à niveau et la chaîne de traitement mise à niveau peuvent enregistrer les informations de collision complètes à un taux supérieur de deux ordres de grandeur.
D’autres expériences ont utilisé le test pour mettre en service leurs sous-systèmes mis à niveau et nouvellement installés dans le nouvel environnement d’ions lourds d’énergie plus élevée et d’espacement des paquets de 50 ns. ATLAS a testé des mises à niveau de son logiciel de sélection (déclencheur), qui est conçu pour améliorer la prise de données de physique des ions lourds lors de l’exécution 3. En particulier, les physiciens ont testé un nouveau déclencheur de suivi de particules conçu pour détecter une gamme plus large de « collisions ultra-périphériques ». « .
CMS a mis à niveau plusieurs composants de ses chaînes de lecture, d’acquisition de données, de déclenchement et de reconstruction pour pouvoir tirer pleinement parti des collisions plomb-plomb à haute énergie.
Les remplissages plomb-plomb livrés par le LHC ont permis à CMS de mettre en service l’ensemble du système avec faisceau et de repérer les zones qui pourraient être encore optimisées pour les cycles d’ions lourds de 2023. LHCb a commencé à mettre en service son tout nouveau détecteur dans les conditions difficiles des collisions plomb-plomb caractérisées par une très grande multiplicité de particules. En plus des collisions plomb-plomb, LHCb a collecté des collisions plomb-argon en mode cible fixe à l’aide du nouveau système SMOG2, unique à l’expérience et conçu pour injecter des gaz nobles dans la zone de collision de LHCb.
Même s’il est très court, le programme plomb-plomb 2022 peut être considéré comme un succès pour l’accélérateur LHC, les expériences et le complexe d’injecteurs d’ions lourds du CERN. Les quatre grands détecteurs du LHC ont vu et enregistré pour la première fois des collisions plomb-plomb à une énergie record. Les chercheurs attendent désormais avec impatience la campagne de physique des ions lourds en 2023 et les années suivantes.