Un nouvel instrument de diagnostic de faisceau développé par des chercheurs du groupe QUASAR de l’Université de Liverpool est désormais pleinement opérationnel au sein du Grand collisionneur de hadrons (LHC), l’accélérateur de particules le plus puissant au monde. Il s’agit d’une avancée significative dans le domaine de la physique des accélérateurs, permettant une surveillance plus précise et non invasive des faisceaux de particules de haute énergie.
Le défi de la mesure des faisceaux
Mesurer les propriétés des faisceaux de particules à des énergies extrêmes est une tâche complexe. Les méthodes traditionnelles perturbent souvent les faisceaux eux-mêmes, compromettant ainsi la précision des expériences. Le nouveau dispositif, connu sous le nom de moniteur Beam Gas Curtain (BGC), surmonte ce défi en fournissant des mesures continues et non invasives tout au long du cycle d’exploitation du LHC.
Comment fonctionne le rideau de gaz à faisceau
Le moniteur BGC utilise une feuille ultra-mince de gaz néon – un « rideau » – qui interagit avec les faisceaux de protons ou d’ions plomb en circulation. Cette interaction produit de faibles éclairs de lumière fluorescente, qui sont capturés par un système optique sophistiqué. En analysant ces éclairs, les scientifiques peuvent déterminer la taille et la qualité du faisceau avec une précision sans précédent, depuis l’étape d’injection initiale (450 GeV) jusqu’à l’énergie maximale du LHC (6,8 TeV).
Des années de développement aboutissent au succès
La technologie derrière le moniteur BGC a été conçue et perfectionnée sur une décennie au sein du groupe QUASAR. Dirigée par le professeur Carsten P. Welsch, l’équipe a surmonté de nombreux obstacles techniques, notamment la compatibilité avec le vide, la conception optique et l’intégration logicielle. L’appareil a subi des tests approfondis à l’Institut Cockcroft avant son installation au CERN.
Performances validées et impact futur
Les performances du moniteur BGC ont dépassé les attentes, fournissant des mesures de haute précision pour les faisceaux de protons et d’ions lourds. Une validation indépendante confirme que les résultats correspondent étroitement aux diagnostics établis du LHC, tels que le télescope à rayonnement synchrotron à faisceau et les balayages d’émittance des expériences ATLAS et CMS.
L’approbation du moniteur BGC pour un fonctionnement continu (~ 2 000 heures par an) ouvre la porte à des systèmes similaires dans d’autres grandes installations de recherche. Cela inclut la source européenne de spallation en Suède, le collisionneur d’ions électroniques aux États-Unis et même les applications d’accélérateurs médicaux.
« Cette réalisation montre comment l’innovation universitaire peut directement façonner les outils qui permettent aux plus grands instruments scientifiques du monde de fonctionner », a déclaré le professeur Welsch. “C’est un moment de grande fierté pour Liverpool et pour tous les étudiants et chercheurs qui ont contribué à ce parcours remarquable.”
Le moniteur BGC représente une avancée significative dans la technologie des accélérateurs, permettant un contrôle et une surveillance plus précis des faisceaux de particules dans les principales installations scientifiques du monde.
