LHC, l'aventure continue...

[AlSvartr 2 928]

@S: 10^34 cm^-2 s^-1 c'est la haute luminosité, c'est à dire ce qui était initialement prévu pour les runs à 14 TeV, pendant une majeure partie du fonctionnement du LHC: plus de 3000 paquets par faisceau, un remplissage de 10^11 protons par paquets, et une largeur de faisceau initialement prévue à 15 microns. Alors en effet on peut voir la réalité comme largement sous les prévisions, mais on peut voir les choses de manière inverse: les prévisions ont été un peu optimistes simplement parce que du point de vue de la technologie les choses sont toujours plus complexes en pratique qu'en principe.

Alors quid de la luminosité pour le futur. La formule qui sert à calculer la lumi est simplement

L=C*N^2/s

ou C contient le nombre de paquet dans un faisceau (en fait la fréquence de croisement, assumant une vitesse proche de celle de la lumière), N le nombre de proton par paquet, et s la section efficace d'un faisceau.
Si on veut augmenter L alors il faut

1)augmenter C et N
2)diminuer s

Augmenter C revient à augmenter le nombre de paquet dans un faisceau: et ça c'est limité à un peu plus de 3000 selon le design original, probablement un peu moins en réalité. De toute façon, entre 2800 et 3100 il n'y a que 10% pour de différence, mais les difficulté technique augmentent bien plus vite.

Augmenter N et diminuer s implique une évolution plus important de L, mais ont une conséquence désagréable: si chaque paquet est "trop" rempli ou si la densité de proton est trop importante, on a plusieurs collisions pour chaque croisement de paquet (pile-up). Ca implique des difficultés supplémentaires pour les analyses. Actuellement nous sommes à un peu moins de 10 collision par croisement (bunch crossing). Sur ces 10 collisions simultanées, il faut chercher quelle est celle qui est potentiellement intéressante, et l'isoler du reste...

Tout ça explique pourquoi on va bientôt tendre vers une stabilisation de la luminosité, i.e. qu'on ne pourra probablement plus l'augmenter d'un facteur 10 ou 20 alors qu'elle a déjà augmenté d'un facteur supérieur à 10^6 depuis les toutes premières collisions.

[AlSvartr 2 928]

@Gordon: non ce n'est pas la technique qui se regarde le nombril, si tu veux en être convaincu je t'invite à lire les 71 résultats publics ou papiers sorti depuis 2009 dans CMS:
http://cdsweb.cern.ch/search?cc=CMS+Papers&ln=en&jrec=1

a+

Simon

[Superfulgur 16 087]

OK, Simon.

Attention de mon point de vue, ce n'était pas une critique, juste un constat interrogatif.
En fait, je m'intéresse de plus en plus, dans le domaine techno-scientifique, au décalage entre le rêve et la réalité.

On a eu la navette, on a le JSF (cette pintade volante invraissemblablement coûteuse) on va avoir Iter (formidable échec programmé), donc je me suis dit "au fait, et le Bosondrôme, est ce que c'est le même symptome ?", mais, si çà peut te rassurer, aujourd'hui, le LHC, pour moi, est la seule exploration scientifico-métaphysique dont j'attend beaucoup (trop ?).

S

[Gordon 0]

Ah OK, ca me rassure de voir qu'il y a des résultats, et pas uniquement des performances.

je suis assez d'accord avec Superfulgur, pour moi, le LHC n'est pas un appareil technique (ne serait-ce que parce qu'il n'est pas reproductible (*) ) mais un dispositif philosophique.

(*) mais plus précisément et généralement parce qu'il ne participe pas de l'essence de la technique, ce n'est pas une susbtitution à l'humain pour nous révéler le monde comme un ensemble d'objets, mais au contraire un élargissement inoui de notre capacité à élucider le monde au delà de sa seule objectivité. C'est sans doute une des rares situations actuelles où la technique est authentiquement sous contrôle humain.

Un autre critère pour affirmer, ou supposer, cela est son inutilité, son positionnement radicalement hors du champ économique (y-compris dans l'absence de futures hypothétique applications).

Le LHC, c'est l'anti-ITER par excellence.

[Ce message a été modifié par Gordon (Édité le 23-05-2011).]

[vaufrègesI3 15 065]

Merci pour ces précisions Simon..

Gordon , j'avais déjà posté (mais y'a pas mal de temps) ce que Vincent Bontems (philosophe et chercheur au CEA) propose comme analyse du LHC en tant que grand instrument scientifique sous l’angle de la philosophie des techniques.

Le titre : Éloge philosophique du Grand Collisionneur de Hadrons
Esquisses d’une philosophie de l’instrumentation scientifique.(/i]

Le lien (pdf) :
http://iramis.cea.fr/Phocea/file.php?class=ast&file=file_748_1_.pdf

Extrait :
[i]"Le LHC est une réalisation technologique majeure, non seulement par l’ampleur du chantier qu’il a représenté, mais surtout au sens où il pousse à leurs limites les possibilités technologiques de notre temps.
Il représente le nec plus ultra. C’est aussi, et surtout, une technologie "désintéressée" au sens économique du terme, dénuée de finalité utilitaire. Il incarne pour cette raison la collaboration oecuménique de toute l’humanité sous l’égide de la connaissance universelle."

Sur l'amélioration de la luminosité, il faut aussi revenir sur la mise en service, malheureusement repoussée pour des raisons budgétaires, du nouveau "Linac", le "Linac 4"(Linéar accélérator). Sa mise en service a été reportée de 2013 à 2016. Hors, la chaîne d’injecteurs du LHC constitue le principal élément lié à l’augmentation de la luminosité

En effet, le "Linac" est le premier accélérateur de la chaîne d’accélération des protons. C’est dans cette longue ligne droite que les protons, extraits d’une simple bouteille d’hydrogène, subissent leur première phase d’accélération et de focalisation. Ils sont ensuite accélérés dans l'injecteur "Booster"(synchrotron d’une circonférence de 157 m), puis dans le "PS" (Synchrotron à Protons, 628 m de circonférence), puis envoyés au "SPS" (SuperSynchroton à Protons de 7 km de circonférence) avant de parvenir dans la grande boucle du LHC.

Le remplacement du Linac 2 actuel est capital. La chaîne d’injecteurs du LHC constitue le principal frein à l’augmentation de la luminosité. Avec le Linac 4, les faisceaux fournis par ce complexe devraient être bien plus denses, ce qui est impossible avec les machines actuelles. A noter aussi que pour le système "PSB" (proton synchroton Booster), il est prévu son remplacement par le "SPL" (Linac à protons superconducteur), ainsi que celui du PS, le "PS2".

Le Linac 4 délivrera des faisceaux à une énergie de 160 MeV, contre 50 MeV pour le Linac 2 actuel. Cet accélérateur de 80 mètres de long (contre 36 mètres pour le Linac 2) permettra en outre d’obtenir une intensité de faisceau deux fois plus élevée à la sortie du PS Booster, ce qui contribuera à relever la luminosité du LHC.
Par ailleurs, les physiciens y ajouteront une autre astuce. Le Linac 4 injectera dans les anneaux du PS Booster des ions H-, des protons entourés de deux électrons. Cette technique, appelée "injection par échange de charge" a été inventée dans les années 70. Elle permet d’obtenir des faisceaux plus denses, avec moins de pertes et plus de flexibilité à l’injection.

[dg2 2 033]

Pour ceux qui voudraient comparer, il y a à cette page, http://www.fnal.gov/pub/now/tevlum.html , la luminosité du Tevatron. Comme on peut le voir, il a fallu un certain temps avant de plafonner à la luminosité maximale.

[ChiCyg 0]

Une manière un peu indirecte de reprendre la question de SuperFulgur, est de lire ce qu'écrivait Etienne Klein (du LARSIM (CEA) comme Vincent Bontemps) en 2008 : http://iramis.cea.fr/Phocea/file.php?class=ast&file=file_748_0_.pdf page 58

quote:

---

[...] On peut néanmoins esquisser une sorte de scénario prospectif, basé sur le planning officiel du LHC, qui pourrait être le suivant :
2009 : La supersymétrie est confirmée, à condition qu’elle existe dans la nature et que l’échelle d’énergie à laquelle elle commence à sa manifester (squarks et gluinos) soit de l’ordre du TeV.

2009/2010 : Le boson de Higgs est découvert si sa masse est voisine de 180 GeV. Dans ce cas, il pourrait se désintégrer en paires de bosons W, offrant ainsi une signature aisément détectable, accessible avec une luminosité intégrée modeste.

2010 : Détection de nouvelles dimensions d’espace, si elles correspondent à des énergies de l’ordre de la dizaine de TeV. Elles seront détectées grâce à une production massive de mini-trous noirs qui s’évaporeront presque aussitôt.

2010-2011 : Le boson de Higgs est découvert si sa masse est voisine de 120 GeV. Dans ce cas, il se désintègrera pour partie en photons, comme d’autres particules produites par les collisions du LHC, ce qui obligera à disposer d’une plus grande statistique pour pouvoir l’identifier.

2012 : Si les quarks sont des particules non pas élémentaires, mais composites, cela pourrait se voir à partir d’une statistique suffisante d’événements.

2017 : La supersymétrie est confirmée, dans l’hypothèse où elle ne se manifeste qu’à une énergie de l’ordre de 3 TeV.

---

Où en est-on de cet officieux planninge prospectif ?

[vaufrègesI3 15 065]

Certes ChiCyg, tu as beau jeu de gloser sur le LHC avec cette prose d'Etienne Klein datant... de mai 2008 ..

Postérieurement à ces écrits, le 19 septembre 2008 pour être précis, il est intervenu un léger "petit" problème : Lors d'un essai de montée en énergie, une résistance anormale s'est produite au niveau d'une connexion entre deux aimants. L'échauffement résultant a fait fondre l'enceinte d'hélium dont pas moins de deux tonnes se sont répandus dans le tunnel. De plus des dizaines d'aimants se sont carrément arrachés du sol sur 700 m : 30 aimants à remplacer, 23 à réparer...
Par ailleurs de la suie avait souillé le tube sous vide sur... quatre kilomètres...

Bref, il faudrait réactualiser ce planning prospectif à l'aune de cet incident et de ses conséquences, et tu le sais très bien..
Tu as un mauvais fond..

[Ce message a été modifié par vaufrègesI3 (Édité le 23-05-2011).]

[AlSvartr 2 928]

ChiCyg: hé bien tu n'as qu'à postposer de deux ans

2011: pas de particule supersymétrique détectée à ce jour jusqu'à environs 0.4 TeV, la nature est comme ça, et les recherches se poursuivent ;-)

2011/2012 on devrait voir le Higgs Modèle Standard s'il existe aux basses masses

a+

S.

[ChiCyg 0]

Merci AlSvatr de ta réponse.

vaufrèges13, j'ai pas mauvais fond, la preuve j'en manque etpi je ne glose pas sur le LHC, je trouve que c'est une très belle expérience de physique fondamentale, j'ai simplement critiqué la présentation qui en était faite (et c'est pas fini) avec tout le buz sur les premiers instants de l'univers, etc ... D'ailleurs ton ami Etienne Klein lui-même remet un peu les choses à leur place dans ce domaine, y compris dans le papier que j'ai cité.

J'insiste, si, par exemple, le boson de Higgs est mis en évidence, ce sera un point crucial pour la recherche en physique des particules mais, à mon avis, pas grand chose pour la cosmologie : ça ne fera qu'un candidat putatif pour une hypothétique matière noire qui est loin de tout résoudre ... et puis, comme toujours en cosmo-astro-nomico-physique, une "découverte" soulève beaucoup plus de problèmes nouveaux qu'elle n'en résoud d'anciens

[vaufrègesI3 15 065]

>>"..et puis, comme toujours en cosmo-astro-nomico-physique, une "découverte" soulève beaucoup plus de problèmes nouveaux qu'elle n'en résoud d'anciens"

Et oui ChiCyg, tant qu'on fera de la science il en sera probablement ainsi

Les deux dernières semaines d'exploitation du LHC en 2010 avaient été consacré à la collision d'ions plomb permettant la céation d'un plasma de quarks et de Gluons. Les trois expériences LHC qui étudient les collisions d’ions plomb ont présenté aujourd’hui 23 mai leurs tout derniers résultats à l’occasion de la conférence annuelle Quark Matter, organisée cette année à Annecy.

Ne lis pas ChiCyg, y'a des passages que tu ne vas pas supporter

Communiqué complet du CERN du 23 mai 2011 :
http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2011/PR04.11F.html

Extraits :

ALICE a confirmé la découverte des expériences du RHIC : le plasma de quarks et de gluons se comporte presque comme un fluide parfait, pratiquement dépourvu de viscosité. Lors de la présentation de ses résultats, la collaboration ALICE a également traité du comportement des particules énergétiques dans le plasma de quarks et de gluons.

La collaboration ATLAS a réalisé une étude complète des collisions d’ions lourds. Cette analyse porte entre autres sur les propriétés d’ensemble comme le nombre et les distributions des particules chargées émergeant du plasma, qui viennent élucider la dynamique des collisions et les propriétés de transport dans ce milieu. Elle a aussi procédé à des sondes dures du milieu, comme on les appelle, qui incluent des mesures de la production de bosons W et Z, de charmonium et de jets de particules.

CMS a observé un certain nombre de nouveaux phénomènes, notamment la production de bosons W et Z. De nouvelles études ont été réalisées sur l’étouffement de jets et pour caractériser le comportement de la matière reproduisant les conditions extrêmes qui prévalaient juste après la naissance de l’Univers. L’observation la plus frappante de CMS est l’importante suppression des états faiblement liés du quark b dans les collisions plomb-plomb. Un phénomène crucial pour comprendre les propriétés du plasma de quarks et de gluons.

[vaufrègesI3 15 065]

Toujours plus mieux !

Alors que le LHC avait atteint une luminosité d’environ 8,4 x 10^32 cm-2 s-1 avec 768 paquets par faisceau (fin mars), une phase dite de développement machine a débuté le mercredi 4 mai, pour une durée de cinq jours. Les opérateurs s’attellent désormais à augmenter le nombre de paquets de particules dans la machine, en vue de parvenir, dans l’année, à un maximum de 1 380 paquets. Et ils sont sur la bonne voie : le lundi 23 mai, un nouveau record de luminosité de crête a déjà été atteint.

Dimanche 22 mai, des faisceaux stables avec 912 paquets ont été enregistrés. Le lendemain 23 mai, la luminosité de crête passait à 1 x 10^33 cm-2 s-1, un nouveau record pour la machine.

http://cdsweb.cern.ch/journal/CERNBulletin/2011/21/News%20Articles/1352089?ln=fr

[AlSvartr 2 928]

Oui en effet :-)

Pour Serge, à titre de comparaison, nous produisons maintenant chaque jour plus de données que pour toute l'année 2010, à savoir entre 40 et 50/pb. Ce qui peut se traduire par environs

* 7500 paires de quark top
* 150000 bosons Z se désintégrant en leptons
* quelques centaines de millions de paires de quarks b

a+

Simon

[Gordon 0]

Ah, après le vocabulaire sportif (performance, performance,... ), voilà maintenant le champ lexical du quantitatif techno-économique...

Nous "produisons" un max de données...Super...

(Heureusement, il semble y avoir quelques premiers résultat au delà de cette simple force brute de la technique...Mais qu'est-ce que vous parlez mal de votre LHC !!!).

[Ce message a été modifié par Gordon (Édité le 25-05-2011).]

[Alain MOREAU 7 317]

Gordon, pardonne-moi de me montrer abrupt, mais je trouve que c'est toi qui parle mal du LHC. Ou de façon assez impertinente en tout cas (vilain garnement !-)
Quand on réalise une expérience, on n'attend rien moins qu'elle "produise" des résultats, sans quoi on ne la tente même pas.
S'agissant ici de résultats statistiques, de surcroît tributaires de l'obtention d'énergies élevées, seule la force (mais certainement pas "brute" !-) peut espérer les "produire".
Donc ce n'est pas "au delà de la simple force" qu'il faudrait écrire, mais "grâce à"...
Et la force dans la durée : l'effort tenace, la persévérance dans l'action autant que dans la réflexion, la subtilité et l'invention ; tout le contraire des jugements hâtifs et superficiels que nous déversons si facilement sur les forums, en somme.
Ne lire "produire" qu'au sens économique, relève seulement des limites (délibérées ?) d'une lecture du moment.
Surtout quand l'expérience mobilise une telle énergie, physique et humaine, et donne l'occasion à une tel partage à l'échelle planétaire.
Ce n'est pas vraiment rendre justice à l'effort consenti, y compris pour en vulgariser les tenants et les aboutissants malgré toutes les difficultés conceptuelles.
Aussi, pour ce qui est de comprendre les conditions qui permettent de "produire" ces nouvelles connaissances, je trouve pour l'instant les interventions de AlSvartr et Vaufrèges assez éclairantes pour me tenir en haleine : au moins leurs infos régulières sur les progrès de la machine et des analyses nous permettent-elles d'être les témoins - un peu - de la façon dont s'élabore cette connaissance.
Alain

[Ce message a été modifié par Alain MOREAU (Édité le 25-05-2011).]

[vaufrègesI3 15 065]

Et oui en effet, les découvertes, en physique des particules découlent pour beaucoup d'un processus statistique nécessitant la production et l'exploitation d'un "max de données"..

Mais bon, OK Gordon, t'es pénible , pour toi je vais te le faire plus "fun" :

Dans la furtive fulgurance des collisions de particules et de leurs arabesques improbables, dans la froide verdeur apparente des chiffres, le physicien cherche à briser l'écorce d'une nouvelle physique, et à révéler une précieuse et infime part de cette "chair de l'invisible"..

C'est bon là ?

Roger Martin du Gard écrivait : "Un astronome habitué à vivre en pensée dans les espaces intersidéraux doit avoir moins de mal qu’un autre à mourir". Quelque part, il me semble que c'est aussi vrai pour le physicien qui évolue dans les espaces invisibles du monde des particules..
M'enfin, mourir.. il est pas plus pressé que les autres

[Ce message a été modifié par vaufrègesI3 (Édité le 25-05-2011).]

[Gordon 0]

Alain : "Ce n'est pas vraiment rendre justice à l'effort consenti, y compris pour en vulgariser les tenants et les aboutissants malgré toutes les difficultés conceptuelles."

D'accord, j'ai caricaturé (très légérement). C'est par impatience pour le boson de Higgs (ou son absence).

Vaufrèges : "Dans la furtive fulgurance des collisions de particules et de leurs arabesques improbables, dans la froide verdeur apparente des chiffres, le physicien cherche à briser l'écorce d'une nouvelle physique, et à révéler une précieuse et infime part de cette "chair de l'invisible"... "

Pas mal, mais on dirait que le préjugé ontologique transparait dans ta prose...

"M'enfin, mourir.. il est pas plus pressé que les autres"

Bah, "philosopher, c'est apprendre à mourir" (a dit quelqu'un dont le nom m'échappe), mais on peut aussi ajouter que c'est apprendre à prendre son temps pour le faire...

[AlSvartr 2 928]

Gordon, je ne devrais pas me justifier sur l'utilisation du mot "produisons" mais je veux couper court à toute mauvaise interprétation (économico-politico-jenesaistropquoi). Le mot production est couramment utilisé pour désigner l'émergence de quelque chose en science, que ce soit du méthane en digérant ou des quarks top en collisionant des protons ;-)

Ca peut paraître peu poétique/philosophique de parler de nombre de quarks ou bosons produits, mais (mal)heureusement la science est tout d'abord une affaire de quantification, et nous passons pas là pour faire nos estimations statistiques, qui elles-même nous mèneront à un quelques chiffres nous disant si oui ou non le(s) Higgs existent ;-)

[Alain MOREAU 7 317]

Un petit lien tout frais qui illustre mon propos (la source n'est pas citée, mais bon…) http://www.techno-science.net/?onglet=news&news=9188

[vaufrègesI3 15 065]

Si si Alain, la source est bien citée au bas du texte, C'est signé d'Emma sanders qui travaille au CERN.
Et d'ailleurs il s'agit du "Bulletin du CERN" du 23 mai que le site "Techno-ciences. net" n'a fait que reproduire, comme tu peux le voir ici..
http://cdsweb.cern.ch/journal/CERNBulletin/2011/22/News%20Articles/1352092?ln=fr

En tout cas, ça décrit bien les difficultés du travail de collecte et d'analyse,et vu les performances actuelles du LHC, y'a du boulot..
Tant mieux !

[Alain MOREAU 7 317]

β suis-je !

[vaufrègesI3 15 065]

Le LHC va pulvériser son objectif 2011 !

C'est ce que vient d'annoncer le CERN, car vendredi dernier 17 juin, un peu avant midi, le nombre de collisions entre protons a dépassé les 70 millions de millions, en 3 mois seulement depuis le redémarrage des faisceaux. Il s'agit de la quantité de données accumulées par les expériences ATLAS et CMS pour 2011 exprimée en "luminosité intégrée", 1fb^-1..

Cet objectif de 70 millions de millions était celui fixé par la direction du Cern en 2010... pour toute l'année 2011 !..

"Comme le LHC fonctionne à une intensité beaucoup plus élevée que prévu initialement, des indices signalant une nouvelle physique pourraient apparaître à tout moment dans nos données", a expliqué Guido Tonelli, porte-parole de CMS."Si la nature est bien disposée à notre égard, nous pourrions voir de grandes avancées même avant la fin de cette année décidément exceptionnelle.

http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2011/PR06.11F.html

[jackbauer 2 13 728]

Un article dans le Monde de samedi dernier (pas en ligne semble t-il) intitulé « Sur la piste du boson de Higgs »

Extrait :

« Je pense qu’avant la fin de 2012, nous aurons, pour le boson de Higgs, une réponse à la question de Shakespeare : être ou ne pas être ? »
L’annonce a été faite par le directeur général du CERN, Rolf Heuer, à la conférence européenne sur la physique des hautes énergies, qui se tenait du 21 au 27 juillet à Grenoble.
Les derniers résultats obtenus par le LHC y ont été présentés. S’ils ne suffisent pas à établir avec certitude l’existence du boson de Higgs, ils suggèrent que pour la première fois, sa trace a peut-être été détectée. Ils confirment, à tout le moins, que s’il n’est pas une chimère, le LHC pourra le faire apparaitre dans les prochains mois. Dans la cas contraire, il faudra conclure qu’il n’était qu’une séduisante construction de l’esprit.

(…)

…deux expériences, ATLAS et CMS, ont observé (séparément mais de façon concordante) non pas le boson de Higgs mais sa possible signature, des bosons W, qui pourraient avoir été produits par sa désintégration.
« Nous devons rester prudents et faire preuve de patience », tempère Rolf Heuer. Les signaux enregistrés sont encore trop peu nombreux pour que les chercheurs soient certains qu’ils ne sont pas le fait des fluctuations aléatoires (le bruit de fond) des phénomènes physiques provoqués par les collisions. Pour en avoir la cœur net, les équipes du CERN vont devoir multiplier par 10 le nombre des données recueillies. D’où la decision de poursuivre l’exploitation du LHC à son niveau d’énergie actuel (7 TeV) jusqu’à fin 2012, en repoussant l’arrêt prévu avant une montée en énergie de la machine

[bruno beckert 727]

[Ce message a été modifié par bruno beckert (Édité le 01-08-2011).]

[penn 20 252]

[Ce message a été modifié par penn kalet (Édité le 01-08-2011).]