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FLARE: Maintenance & Operation for the LHC Experiments 2015

English title FLARE: Maintenance & Operation for the LHC Experiments 2015
Applicant Schneider Olivier
Number 160433
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 01.04.2015 - 31.03.2016
Approved amount 973'300.00
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Keywords (10)

LHC Experiments; ATLAS; CMS; LHCb; Higgs Boson; Supersymmetry; CP Violation; Heavy Flavour; New Physics; Standard Model

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). Sie werden weitergeführt mit dem Ziel, noch mehr neue Phänomene zu entdecken.
Lay summary

Mit 46 Metern Länge und 25 Metern Höhe ist ATLAS der grösste dieser 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.

Die Subvention deckt die Unterhalts- und Wartungskosten für die von den beteiligten Schweizer Instituten (Universitäten Bern, Genf und Zürich, EPF Lausanne, ETH Zürich, Paul Scherrer Institut) gelieferten Bauteile für die Detektoren ATLAS, CMS und LHCb. Sie 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 gehören zu den Abmachungen, welche die beteiligten Institute seit dem Beginn ihrer Zusammenarbeit getroffen haben. Sie werden daher vom Schweizerischen Nationalfonds als obligatorische Beiträge der Schweiz an die LHC-Experimente angesehen.

 

 

Die 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 während der ersten Betriebsphase zwischen Ende 2009 und anfangs 2013 gesammelten Daten sind bereits über 1000 Artikel erschienen. Eine zweite Betriebsphase ist von Mitte 2015 bis Mitte 2018 geplant, während der ein neuer Energiebereich mit vergrösserter statistischer Genauigkeit erforscht werden soll.

Direct link to Lay Summary Last update: 15.04.2015

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 1000 articles ont déjà été publiés sur la base des données enregistrées durant la première phase d'exploitation entre fin 2009 et début 2013. Une deuxième phase d'exploitation est prévue entre mi-2015 et mi-2018 durant laquelle un nouveau domaine en énergie sera exploré avec une précision statistique accrue.

Direct link to Lay Summary Last update: 15.04.2015

Responsible applicant and co-applicants

Name Institute

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
173600 FLARE - GRID Infrastructure for LHC Experiments 01.04.2017 FLARE
169015 Exploring the high energy frontier and searches for new physics with the ATLAS detector and its upgrades 01.10.2016 Project funding
166925 FLARE - GRID Infrastructure for LHC Experiments 01.04.2016 FLARE
160814 Particle Physics with high-quality data from the CERN LHC 01.10.2015 Sinergia
162665 Physics at 13 TeV with the CMS experiment at the LHC 01.10.2015 Project funding
147465 FLARE - ATLAS Detector Operation and Upgrades at the CERN Large Hadron Collider (LHC) 01.04.2013 FLARE
154222 FLARE - GRID Infrastructure for LHC Experiments 01.04.2014 FLARE
154218 FLARE 2014-2015: Operation and upgrade of the LHCb experiment 01.04.2014 FLARE
166208 High Precision CP Violation Physics at LHCb 01.04.2016 Project funding
166915 FLARE 2016: Operation and upgrade of the LHCb experiment 01.04.2016 FLARE
166294 Characterization of the Higgs Boson and Searches for Supersymmetry with CMS 01.04.2016 Project funding
163402 Teilchenphysik-Experimente und Entwicklung von Teilchen-Detektoren 01.10.2015 Project funding
154216 FLARE 2014-16: Operation, Computing and Upgrades of the CMS Experiment 01.04.2014 FLARE
154217 FLARE: Maintenance & Operation for the LHC Experiments 2014 01.04.2014 FLARE
166922 FLARE 2016-17: Operation, Computing and Upgrades of the CMS Experiment 01.04.2016 FLARE
166914 FLARE: Maintenance & Operation for the LHC Experiments 2016 01.04.2016 FLARE

Abstract

The Large Hadron Collider (LHC) at CERN started operation in November 2009. Since then, three very successful years of operation allowed the ATLAS, CMS and LHCb experiments to accumulate 28, 28 and 3 fb-1 of proton collisions, respectively, at centre-of-mass energies up to 8 TeV. With these data, ATLAS and CMS discovered the Higgs boson and established 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.In order to bring the machine close to its design energy of 14 TeV, a two-year long shutdown period started in February 2013 and allowed the necessary repairs on the LHC magnet interconnections as well as other consolidation work on the LHC and its injectors. With rapidly increasing luminosities, the detectors need continuous consolidation to maintain the optimal performance for physics. ATLAS recently installed a new pixel tracking layer close to the beam pipe, while CMS is getting ready to upgrade its four-layer pixel detector during the 2016-2017 technical stop. Both ATLAS and CMS foresee a first upgrade during the next long shutdown in 2018-2019 (LS2), followed by a second major upgrade a few years later in phase with the high-luminosity upgrade of the LHC. On the other hand, LHCb is planning a major upgrade during LS2 already, since the successful operational experience shows that much higher luminosities than originally planned can be coped with. The LS2 upgrades are entering the construction phase, while serious R&D efforts and design studies are underway for the next upgrades. 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 maintenance and operations of the sub-detector systems for the whole lifetime of the experiment. These costs for 2015 and their distribution among the institutes (in proportion to their participation) have been approved by CERN's LHC Resource Review Boards (RRB) on 13-15 October 2014, where all funding agencies were present. 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 2015 and beyond. 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 2015 that Switzerland is expected to cover according to the RRB decisions.
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