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FLARE: Maintenance & Operation for the LHC Experiments 2016

English title FLARE: Maintenance & Operation for the LHC Experiments 2016
Applicant Schneider Olivier
Number 166914
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 01.04.2016 - 31.03.2017
Approved amount 946'400.00
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Keywords (11)

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

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. Der LHC wurde ebenfalls mit dem Ziel gebaut, neue Phänomene zu entdecken. Rund 140 Physiker (wovon 60 Doktoranden) der Schweizer Universitäten nehmen an dieser Forschung teil. Zwischen 2015-2018 beginnt eine neue, vielversprechende Phase mit einer Steigerung der Energie für die Teilchenzusammenstösse von 8 auf 13 TeV.
Lay summary

Die ATLAS und CMS-Detektoren wurden zur Entdeckung des Higgs-Bosons und Erforschung neuer Elementarteilchen gebaut. Der LHCb-Detektor wurde für Präzisionsmessungen und die Erforschung neuer Phänomene beim Zerfall bekannter Elementarteilchen entwickelt. Die Detektoren-Bauteile kommen aus der ganzen Welt: viele Tausende von Forscherinnen und Forschern an über 400 Hochschulinstituten haben sie ausgedacht, entwickelt und gebaut. Diese Gruppen sind während der gesamten Betriebsdauer für den tadellosen Zustand 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 (SNF) als obligatorische Beiträge der Schweiz an die LHC-Experimente betrachtet.

Die Schweizer Forschungsgruppen – finanziert durch die Normalförderung des SNF – bereiten Verbesserungen der drei Detektoren ATLAS, CMS und LHCb vor, werten die 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 1300 Artikel erschienen. Eine zweite Betriebsphase läuft von Mitte 2015 bis Ende 2018, während der ein neuer Energiebereich mit vergrösserter statistischer Genauigkeit erforscht wird.

Direct link to Lay Summary Last update: 11.03.2016

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. A l'aide des premières données, elles ont découvert le boson de Higgs en 2012, la pièce ultime du Modèle Standard de la physique des particules, qui a valu le prix Nobel de physique 2013 aux théoriciens François Englert et Peter Higgs. Le LHC a également été construit dans le but de découvrir de nouveaux phénomènes au-delà du Modèle Standard. Cette recherche, à laquelle participent environ 140 physiciens (dont 60 doctorants) des universités suisses, entre dans une nouvelle phase prometteuse en 2015-2018 avec une augmentation de l'énergie des collisions de 8 à 13 TeV.
Lay summary

Les détecteurs ATLAS et CMS ont été conçus pour la découverte du boson de Higgs et pour la recherche directe de nouvelles particules. Le détecteur LHCb est conçu pour des mesures de précision et la recherche indirecte de nouveaux phénomènes dans les désintégrations de particules connues. 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. Le 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 d’autres subsides du FNS, préparent des améliorations à apporter aux détecteurs ATLAS, CMS et LHCb, exploitent les données enregistrées par ces détecteurs, et publient de nombreux résultats à la pointe de la physique des particules dans des revues scientifiques internationales. Au total plus de 1300 articles ont déjà été publiés, principalement sur la base des données enregistrées durant la première phase d'exploitation entre fin 2009 et début 2013. Une deuxième phase d'exploitation de mi-2015 à fin 2018 est en cours, durant laquelle un nouveau domaine en énergie est exploré avec une précision statistique accrue.

Direct link to Lay Summary Last update: 11.03.2016

Responsible applicant and co-applicants

Name Institute

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
154216 FLARE 2014-16: Operation, Computing and Upgrades of the CMS Experiment 01.04.2014 FLARE
160434 FLARE - GRID Infrastructure for LHC Experiments 01.04.2015 FLARE
173580 FLARE 2017-2020: Operation and upgrade of the LHCb experiment 01.04.2017 FLARE
169000 High-Energy Hadron Interactions: ATLAS at the CERN LHC 01.10.2016 Project funding
178969 LHCb experiment at CERN: Detector Upgrades and Analyses with Electroweak Bosons 01.06.2018 Project funding
169025 New physics searches with b-tagging, top-tagging and machine learning, and HL-LHC pixel upgrade using ATLAS at LHC 01.10.2016 Project funding
173598 FLARE: Maintenance & Operation for the LHC Experiments 2017-2020 01.04.2017 FLARE
172637 Experimental Particle Physics with the LHCb detector at Cern 01.04.2017 Project funding
154218 FLARE 2014-2015: Operation and upgrade of the LHCb experiment 01.04.2014 FLARE
160474 FLARE - ATLAS Detector Operation and Upgrades at the CERN Large Hadron Collider (LHC) 01.04.2015 FLARE
160433 FLARE: Maintenance & Operation for the LHC Experiments 2015 01.04.2015 FLARE
169560 High energy physics research with CMS 2016-2018 01.10.2016 Project funding

Abstract

The Large Hadron Collider (LHC) at CERN started operation at the end of 2009. During a first running period (Run 1), three very successful years of operation (2010-2012) 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 shutdown (LS1) period took place in 2013-2014 and allowed the necessary repairs on the LHC magnet interconnections as well as other consolidation work on the LHC and its injectors. A second running period (Run 2) started in Spring 2015 at a centre-of-mass energy of 13 TeV. A new scheme of operation with 25 ns bunch spacing (instead of 50 ns previously) has been commissioned. The rest of Run 2 until the end of 2018 will be dedicated to luminosity production. 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 2019-2020 (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 2016 and their distribution among the institutes (in proportion to their participation) have been approved by CERN's LHC Resource Review Boards (RRB) on 26-28 October 2015, 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 work planned for 2016 and beyond. In addition, an overview of the recent 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 2016 that Switzerland is expected to cover according to the RRB decisions.
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