Le Centre de contrôle du CERN (CCC) est à nouveau en effervescence. Le deuxième long arrêt (LS2) s’est achevé pour le Linac 4, l’accélérateur le plus récent du CERN, annonçant la sortie progressive du complexe d’accélérateurs de deux années d’hibernation qui ont permis de réaliser des opérations de maintenance et des réparations. Pendant la phase de développement machine, qui a duré trois semaines et s’est terminée à la mi-août, des faisceaux d’ions hydrogène négatifs (H−) de basse énergie ont traversé la première partie de l’accélérateur pour la première fois depuis que celui-ci a été raccordé au Booster du Synchrotron à protons (PS). Le 20 août, les premiers faisceaux à l’énergie nominale de 160 MeV ont parcouru toute la machine jusqu’à un absorbeur spécifique situé à l’extrémité du linac. Au cours des prochains mois, la mise en service du tout nouvel accélérateur s’achèvera ; il sera alors prêt à fournir en décembre divers faisceaux au Booster du PS.
Le CERN est connu pour ses accélérateurs circulaires, notamment le Grand collisionneur de hadrons (LHC), d’une circonférence de 27 kilomètres. Mais les protons qui circulent dans ces grandes machines connaissent une première accélération dans un accélérateur linéaire (linac), plus modeste et relativement petit. En 2018, le Linac 2, qui fournissait des protons au complexe d’accélérateurs du CERN depuis 1978, a été mis à la retraite pour être remplacé par le Linac 4, d’une longueur de 86 mètres. Mais qui dit nouvelle machine dit aussi nouveaux défis pour l’équipe qui la fait fonctionner.
À partir de la fin juillet, la phase de développement machine a été prise en charge par l’équipe du groupe Physique des accélérateurs et des faisceaux (ABP), responsable des sources de protons, qui dirigeait auparavant les opérations auprès du Linac 2. « Le groupe ABP a tout mis en œuvre pour que nous puissions envoyer le faisceau à travers la première structure du Linac 4, le quadripôle radiofréquence ou RFQ, avec un minimum de perte de faisceau », souligne Bettina Mikulec, qui dirige l’équipe du groupe Opérations (OP), responsable du Linac 4 mais aussi du Booster du PS. Durant ces trois semaines, le groupe ABP s’est également attaché à optimiser la source de protons et à la réaligner afin que les particules puissent entrer dans le RFQ avec un meilleur angle. Le groupe ABP a confié ensuite la mise en service de l’accélérateur à l’équipe du groupe OP.
Le Linac 4 est assez différent de son prédécesseur dans sa façon de façonner les faisceaux de protons envoyés dans l’accélérateur situé en aval. « Avec le Linac 4, nous pouvons ajuster davantage de paramètres du faisceau, ce qui nous permettra d’alimenter le Booster sans connaître de pertes », ajoute Bettina. « Nous pouvons également adapter la dispersion en énergie des faisceaux pour qu’elle corresponde à l’acceptance du Booster, alors qu’avec le Linac 2, nous ne faisions plus ou moins qu’ajuster la longueur du faisceau avant l’injection. » Le nouvel accélérateur injectera des particules dans le Booster du PS à 160 MeV, une énergie sensiblement plus élevée que les 50 MeV du Linac 2. Cela permettra au Booster d’injecter à son tour dans le Synchrotron à protons (PS) des faisceaux à une énergie de 2 GeV, au lieu de 1,4 GeV comme auparavant.
La phase de mise en service est cruciale pour le fonctionnement à long terme du Linac 4. Certaines opérations, comme la qualification des équipements, l’optimisation de l’instrumentation de faisceau, et beaucoup d’autres choses encore ne peuvent s’effectuer que lorsque le faisceau circule dans l’accélérateur. Cette semaine, le Linac 4 a progressivement été mis en route à son énergie maximale. « Nous travaillons avec le groupe ABP notamment pour vérifier l’optique de la machine afin de fournir des conditions optimales pour le point d’injection du Booster du PS », souligne Bettina.
Pour l’instant, les faisceaux sont envoyés sur l’absorbeur de faisceau spécifique du Linac 4, mais à partir de septembre, ils seront acheminés, le long de la ligne d’injection, vers le Booster du PS avant de finir leur course dans l’absorbeur de faisceau situé juste en amont du Booster. L’équipe du Linac 4 est à nouveau pleinement opérationnelle et est impatiente de fournir des faisceaux au Booster du PS le 7 décembre.