LHC research programme gets underway
Geneva, 30 March 2010. Beams collided at 7 TeV in the LHC at 13:06 CEST, marking the start of the LHC research programme. Particle physicists around the world are looking forward to a potentially rich harvest of new physics as the LHC begins its first long run at an energy three and a half times higher than previously achieved at a particle accelerator.
“It’s a great day to be a particle physicist,” said CERN1 Director General Rolf Heuer. “A lot of people have waited a long time for this moment, but their patience and dedication is starting to pay dividends.”
“With these record-shattering collision energies, the LHC experiments are propelled into a vast region to explore, and the hunt begins for dark matter, new forces, new dimensions and the Higgs boson,” said ATLAS collaboration spokesperson, Fabiola Gianotti. “The fact that the experiments have published papers already on the basis of last year’s data bodes very well for this first physics run.”
“We’ve all been impressed with the way the LHC has performed so far,” said Guido Tonelli, spokesperson of the CMS experiment, “and it’s particularly gratifying to see how well our particle detectors are working while our physics teams worldwide are already analysing data. We’ll address soon some of the major puzzles of modern physics like the origin of mass, the grand unification of forces and the presence of abundant dark matter in the universe. I expect very exciting times in front of us.”
"This is the moment we have been waiting and preparing for", said ALICE spokesperson Jürgen Schukraft. "We're very much looking forward to the results from proton collisions, and later this year from lead-ion collisions, to give us new insights into the nature of the strong interaction and the evolution of matter in the early Universe."
“LHCb is ready for physics,” said the experiment’s spokesperson Andrei Golutvin, “we have a great research programme ahead of us exploring the nature of matter-antimatter asymmetry more profoundly than has ever been done before.”
CERN will run the LHC for 18-24 months with the objective of delivering enough data to the experiments to make significant advances across a wide range of physics channels. As soon as they have "re-discovered" the known Standard Model particles, a necessary precursor to looking for new physics, the LHC experiments will start the systematic search for the Higgs boson. With the amount of data expected, called one inverse femtobarn by physicists, the combined analysis of ATLAS and CMS will be able to explore a wide mass range, and there’s even a chance of discovery if the Higgs has a mass near 160 GeV. If it’s much lighter or very heavy, it will be harder to find in this first LHC run.
For supersymmetry, ATLAS and CMS will each have enough data to double today’s sensitivity to certain new discoveries. Experiments today are sensitive to some supersymmetric particles with masses up to 400 GeV. An inverse femtobarn at the LHC pushes the discovery range up to 800 GeV.
“The LHC has a real chance over the next two years of discovering supersymmetric particles,” explained Heuer, “and possibly giving insights into the composition of about a quarter of the Universe.”
Even at the more exotic end of the LHC’s potential discovery spectrum, this LHC run will extend the current reach by a factor of two. LHC experiments will be sensitive to new massive particles indicating the presence of extra dimensions up to masses of 2 TeV, where today’s reach is around 1 TeV.
“Over 2000 graduate students are eagerly awaiting data from the LHC experiments,” said Heuer. “They’re a privileged bunch, set to produce the first theses at the new high-energy frontier.”
Following this run, the LHC will shutdown for routine maintenance, and to complete the repairs and consolidation work needed to reach the LHC’s design energy of 14 TeV following the incident of 19 September 2008. Traditionally, CERN has operated its accelerators on an annual cycle, running for seven to eight months with a four to five month shutdown each year. Being a cryogenic machine operating at very low temperature, the LHC takes about a month to bring up to room temperature and another month to cool down. A four-month shutdown as part of an annual cycle no longer makes sense for such a machine, so CERN has decided to move to a longer cycle with longer periods of operation accompanied by longer shutdown periods when needed.
“Two years of continuous running is a tall order both for the LHC operators and the experiments, but it will be well worth the effort,” said Heuer. “By starting with a long run and concentrating preparations for 14 TeV collisions into a single shutdown, we’re increasing the overall running time over the next three years, making up for lost time and giving the experiments the chance to make their mark.”
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Début du programme de recherche du LHC
Genève, le 30 mars 2010. À 13h06, des faisceaux sont entrés en collision à une énergie de 7 TeV, donnant ainsi le coup d’envoi au programme de recherche du LHC. Dans le monde entier, des physiciens des particules se préparent à une moisson potentiellement riche de données de nouvelle physique ; le LHC entame en effet sa première longue période d'exploitation à une énergie trois fois et demie supérieure aux énergies atteintes précédemment dans un accélérateur de particules.
« C’est un grand jour pour les physiciens des particules, déclare Rolf Heuer, directeur général du CERN1. Nombreux sont ceux qui attendent ce moment depuis longtemps, et leur patience et leur persévérance ont fini par payer. »
« Avec ces énergies de collision record, les expériences LHC vont pouvoir aborder une vaste région à explorer ; on va commencer à traquer la matière noire, les nouvelles forces et les nouvelles dimensions, ainsi que le boson de Higgs, indique Fabiola Gianotti, porte-parole de la collaboration ATLAS. Le fait que les expériences aient déjà publié des articles sur la base des données enregistrées l’an passé est de très bon augure pour cette première période d’expérimentation. »
« Nous avons tous été impressionnés par les performances du LHC à ce jour, souligne Guido Tonelli, porte-parole de l’expérience CMS. Il est particulièrement gratifiant de constater à quel point nos détecteurs fonctionnent bien. Nos équipes de physiciens, dans le monde entier, analysent déjà les données. Nous allons bientôt nous attaquer à certaines grandes énigmes de la physique moderne comme l’origine de la masse, la grande unification des forces et la présence abondante de matière noire dans l’Univers. Nous devons nous attendre à vivre des moments exceptionnels. »
« C’est le moment que nous attendons et auquel nous nous préparons depuis longtemps, déclare Jürgen Schukraft, porte-parole d’ALICE. Nous comptons beaucoup sur les résultats des collisions de protons et, plus tard dans l’année, des collisions d’ions lourds, pour arriver à mieux comprendre la nature de l’interaction forte et l’évolution de la matière dans l’Univers primordial. »
« LHCb est prête pour la physique, souligne Andreï Golutvin, porte-parole de l’expérience. Un grand programme de recherche nous attend. Il nous permettra d’étudier en profondeur la nature de l’asymétrie entre matière et antimatière. »
Le CERN exploitera le LHC sur une période allant de 18 à 24 mois, avec pour objectif de fournir aux expériences suffisamment de données pour réaliser des avancées notables via des branches très diverses de la physique. Dès qu’elles auront « redécouvert » les particules de l’actuel modèle standard, préalable indispensable à l’étude d’une nouvelle physique, les expériences LHC partiront à la recherche systématique du boson de Higgs. Grâce à la quantité de données attendues (1 fb-1 dans le jargon des physiciens), la combinaison des données obtenues par ATLAS et CMS permettra d’explorer un large domaine de masses, et il y aura une chance bien réelle de découverte si la masse du Higgs avoisine les 160 GeV. Si la particule est beaucoup plus légère ou beaucoup plus lourde, il sera difficile de la découvrir pendant cette première période d'expérimentation.
S’agissant de la supersymétrie, ATLAS et CMS disposeront chacune de suffisamment de données pour multiplier par deux la sensibilité actuelle aux nouvelles découvertes. Aujourd’hui, les expériences sont sensibles à certaines particules supersymétriques dont les masses vont jusqu’à 400 GeV. Le LHC, avec 1fb-1, va permettre d’aller jusqu’à 800 GeV.
« Le LHC a de bonnes chances de découvrir au cours des deux années à venir des particules supersymétriques, explique Rolf Heuer, ce qui pourrait nous permettre de mieux comprendre de quoi est constitué environ un quart de l’Univers. »
Et même à l’autre extrémité – plus exotique – du spectre des découvertes possibles, cette première période d’exploitation du LHC doublera notre potentiel de découvertes. Les expériences LHC seront sensibles à de nouvelles particules massives indiquant la présence de nouvelles dimensions et ayant des masses allant jusqu’à 2 TeV (contre 1 TeV actuellement).
« Plus de 2000 doctorants attendent avec impatience des données des expériences LHC, souligne Rolf Heuer. Ils auront le privilège de rédiger les premières thèses à la nouvelle frontière des hautes énergies. »
À l’issue de cette période d’exploitation, le LHC sera arrêté pour que l’on puisse procéder aux opérations de maintenance usuelles et terminer les réparations et les travaux de consolidation requis suite à l’incident survenu le 19 septembre 2008 pour pouvoir atteindre l’énergie nominale de 14 TeV. Jusqu’à présent, les accélérateurs du CERN fonctionnaient selon un cycle annuel : ils étaient exploités pendant sept à huit mois et arrêtés quatre à cinq mois chaque année. Étant donné que le LHC est une machine cryogénique fonctionnant à très basse température, il lui faut environ un mois pour être ramené à température ambiante et un autre mois pour être refroidi. Un arrêt de quatre mois dans le cadre d'un cycle annuel ne se justifie donc plus. C’est la raison pour laquelle le CERN a décidé de passer à un cycle plus long avec des périodes de fonctionnement plus longues et des arrêts eux aussi plus longs en cas de besoin.
« Deux années d’exploitation continue ne seront pas de tout repos pour les opérateurs du LHC et les expériences, mais le jeu en vaudra bien la chandelle, précise Rolf Heuer. En commençant par une longue période d’exploitation et en concentrant sur une seule période d’arrêt la préparation des collisions à 14 TeV, nous augmentons la durée d’exploitation totale au cours des trois années à venir. Ainsi, nous pourrons rattraper le temps perdu et donner toutes leurs chances aux expériences d’imprimer leur marque. »
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