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FLARE: Maintenance & Operation for the LHC Experiments 2014

English title FLARE: Maintenance & Operation for the LHC Experiments 2014
Applicant Schneider Olivier
Number 154217
Funding scheme FLARE
Research institution Laboratoire de physique des hautes énergies 2 EPFL - SB - IPEP - LPHE2
Institution of higher education EPF Lausanne - EPFL
Main discipline Particle Physics
Start/End 01.04.2014 - 31.03.2015
Approved amount 975'400.00
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Keywords (10)

LHC experiments; ATLAS; CMS; LHCb; Standard Model of particle physics; Higgs boson; New Physics; Supersymmetry; CP violation; Heavy flavour

Lay Summary (German)

Lead
Der Large Hadron Collider (LHC) am Europäischen Laboratorium für Teilchenphysik in Genf (CERN) ist der grösste und stärkste Teilchenbeschleuniger der Welt. In riesigen Detektoren erzeugt er Zusammenstösse zwischen Elementarteilchen mit sehr hohen Energien. Solche Experimente untersuchen die grundlegendsten Eigenschaften der Natur und haben im Jahr 2012 zur Entdeckung des Higgs-Bosons geführt (wofür die theoretischen Physiker François Englert und Peter Higgs im Jahr 2013 den Physik-Nobelpreis erhielten). Zur Erforschung weiterer, bisher noch unbekannter Vorgänge und Teilchen werden sie weitergeführt.
Lay summary

Mit 46 Metern Länge und 25 Metern Höhe ist ATLAS der grösste der verwendeten Detektoren, während CMS mit 12‘500 Tonnen der schwerste ist. Bauteile für die Detektoren kommen aus der ganzen Welt: viele Tausende von Forscherinnen und Forschern an über 400 Hochschulinstituten haben sie ausgedacht, entwickelt und gebaut. Diese Gruppen sind daher auch während der gesamten Betriebsdauer für den tadellosen Betriebszustand ihrer Bauteile verantwortlich. Die Betriebskosten der Detektoren werden zwischen CERN und den beteiligten Forschungsinstitutionen geteilt.

Das vorliegende Gesuch deckt die Unterhalts- und Wartungskosten ab, welche den von den beteiligten Schweizer Instituten (Universitäten Bern, Genf und Zürich, EPF Lausanne, ETH Zürich, Paul Scherrer Institut) gelieferten Bauteilen für die Detektoren ATLAS, CMS und LHCb zugeordnet werden können. Es umfasst auch einen prozentualen Anteil an den allgemeinen Betriebskosten der Experimente wie Kühlmittel- und Gasverbrauch, Kranbetrieb, technische Unterstützung, Vakuumanlagen, Rechenleistung, Kommunikation und Administration. Diese Leistungen sind Bestandteil der Abmachungen, welche die beteiligten Institute vom Beginn der Zusammenarbeit weg eingegangen sind. Sie werden daher vom Schweizerischen Nationalfonds als obligatorische Leistungen der Schweiz an die LHC-Experimente angesehen.

Schweizer Forschungsgruppen – finanziert durch die Normalförderung des SNF – werten die von den drei Detektoren ATLAS, CMS und LHCb aufgezeichneten Daten aus und publizieren in internationalen wissenschaftlichen Zeitschriften zahlreiche Spitzenresultate auf dem Gebiet der Teilchenphysik. Aufgrund der seit Inbetriebnahme der Experimente im Jahr 2009 gesammelten Daten sind im ganzen bereits über 800 Artikel erschienen.


Direct link to Lay Summary Last update: 17.04.2014

Lay Summary (French)

Lead
Le grand collisionneur de hadrons (Large Hadron Collider, LHC) au Laboratoire Européen pour la Physique des Particules (CERN) est le plus grand et le plus puissant accélérateur de particules du monde. Il produit des collisions de particules de très haute énergie à l’intérieur de gigantesques détecteurs. Ces expériences étudient la nature au niveau le plus fondamental: elles ont découvert le boson de Higgs en 2012 (qui a valu le prix Nobel de physique 2013 aux théoriciens François Englert et Peter Higgs) et continuent dans le but de découvrir encore de nouveaux phénomènes.
Lay summary

Avec 46 mètres de longueur et 25 mètres de hauteur, ATLAS est le plus grand de ces détecteurs, tandis que CMS est le plus lourd avec 12'500 tonnes. Les éléments des détecteurs proviennent du monde entier: des milliers de chercheurs dans plus que 400 institutions et hautes écoles les ont conçus, développés et construits. Ces groupes sont responsables du bon état de marche de leurs appareillages pendant toute la durée des expériences. Les coûts de fonctionnement des détecteurs sont partagés entre le CERN et les institutions partenaires.

La présent subside couvre les coûts d’exploitation et de maintenance des éléments des détecteurs ATLAS, CMS et LHCb sous la responsabilité des instituts suisses (universités de Berne, Genève et Zurich, EPF Lausanne, ETH Zurich, Institut Paul Scherrer) ainsi qu’une quote-part des coûts généraux de fonctionnement des expériences (cryogénie, consommation de gaz, service de grue, soutien technique, installations de vide, utilisation de temps de calcul, communication et administration). Ces apports font partie des accords acceptés dès le début des collaborations. Le Fonds National Suisse (FNS) les considère comme une contribution obligatoire de la Suisse aux expériences du LHC.

Les groupes suisses, soutenus indépendamment par des subsides ordinaires du FNS, exploitent les données enregistrées par les détecteurs ATLAS, CMS et LHCb, et publient de nombreux résultats à la pointe de la physique des particules dans des revues scientifiques internationales. Au total plus de 800 articles ont déjà été publiés sur la base des données enregistrées depuis la mise en service des expériences à fin 2009. 

Direct link to Lay Summary Last update: 17.04.2014

Responsible applicant and co-applicants

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
147466 FLARE Request: Operation, Computing and Upgrades of the CMS Experiment 01.04.2013 FLARE
159948 Experimental Particle Physics with the LHCb detector at Cern 01.04.2015 Project funding (Div. I-III)
166925 FLARE - GRID Infrastructure for LHC Experiments 01.04.2016 FLARE
147468 FLARE: Maintenance & Operation for the LHC Experiments 2013 01.04.2013 FLARE
160434 FLARE - GRID Infrastructure for LHC Experiments 01.04.2015 FLARE
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160433 FLARE: Maintenance & Operation for the LHC Experiments 2015 01.04.2015 FLARE
155990 Search for hidden particles: exploring the high intensity frontier 01.01.2016 SNSF Starting Grants
147467 FLARE 2013: Operation and upgrade of the LHCb experiment 01.04.2013 FLARE

Abstract

The Large Hadron Collider (LHC) at CERN delivered its first proton-proton collisions in November 2009. Since then, it performed extremely well, with three very successful years of operations interleaved with short technical stops at the beginning of each year. The centre-of-mass energy was quickly raised to 7 TeV in early 2010, and then to 8 TeV since the beginning of the 2012 running period. On the other hand the peak luminosity has grown fast. In 2012 the ATLAS, CMS and LHCb experiments accumulated 23, 23 and 2 fb-1 of proton collisions, respectively. With these data, ATLAS and CMS were able to discover the Higgs boson and establish some of its properties, which are in agreement with the Standard Model expectations. On the front of indirect searches for new physics, the most striking result is the observation of the very rare dimuon decay of the strange B meson by LHCb and CMS, also in agreement with the Standard Model. A four-week proton-ion run in early 2013, during which all experiments collected data, successfully concluded the first running phase of LHC. A long machine shutdown period started in mid-February 2013 (LS1) and is scheduled until the end of 2014. Its main purpose is to bring the machine to its design energy, which implies that all superconducting magnet interconnects must be checked, and about 30% of them repaired. In addition helium release valves and a further collimation system are being installed. With rapidly increasing luminosities, the detectors need continuous consolidation to maintain the optimal performance for physics. ATLAS is already installing a new pixel tracking layer close to the beam pipe now, while CMS is getting ready to upgrade its 4-layer pixel detectors during the short 2016-2017 technical stop. Both ATLAS and CMS foresee a first upgrade during the next long shutdown in 2018 (LS2) followed by a second major upgrade a few years later. LHCb is planning a major upgrade during LS2, since the successful operational experience shows that much higher luminosities than originally planned can be coped with. To realise such upgrades, serious R&D efforts and design studies are underway. CERN in its role as the host laboratory of the LHC accelerator provides the operation of the LHC accelerator complex, as well as infrastructure and basic service for the experiments. However, operation of the experiments, as well as maintenance and upgrade is under the responsibility of the collaborations. This includes covering specific costs referred as "Maintenance and Operation costs" (M&O), which can be divided in the following two categories: A) contribution to the daily running and maintenance expenses of the detector and collaboration, and B) provision of the scientific and technical manpower to ensure operations and the good working order of the sub-detector systems they have provided for the whole lifetime of the experiment of about 10 years. The M&O costs (A and B above) and their distribution among the institutes (in proportion to their participation), have been approved by CERN's LHC Resource Review Boards (RRB) on 28-30 October 2013, where all funding agencies were present. It must be noted that the M&O cost proposals had been examined by a scrutiny group whose members were nominated by the RRB. As a joint request from all Swiss institutes active at LHC, this proposal is coordinated by CHIPP (Swiss Institute of Particle Physics), and should be understood as a continuation of the common FORCE or FLARE requests submitted by CHIPP every year since 2006. It summarizes the contributions of the Swiss groups to the design, construction, and exploitation of the LHC detectors and details the upgrade and maintenance work planned for 2014. In addition, an overview of the physics results is shown. Finally, it explains CERN's concept of maintenance and operation (including the funding mechanisms), as defined in Memoranda of Understanding, and lists the costs for 2014 that Switzerland is expected to cover according to the RRB decisions.
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