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Posté par Michel le Mardi 11/12/2007 à 00:00
CLIC: la physique de l’après LHC en préparation
cern  lhc  clic 
En juin dernier, le CERN a été gratifié d’un nouveau bâtiment: le bâtiment 2010. Le hasard fait bien les choses, car ce chiffre a pour les nouveaux occupants une signification particulière: d’ici à l’année 2010, les équipes travaillant à la nouvelle zone d’expérimentation du CLIC (Collisionneur linéaire compact), ainsi que celles de l’installation d’essai 3 (CTF3) déjà en place espèrent démontrer la faisabilité du Collisionneur (Un collisionneur est un type d'accélérateur de particules mettant en jeu des faisceaux dirigés de particules élémentaires.) linéaire compact et, selon les résultats obtenus au LHC, se lancer dans la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) de conception finale en vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) de l’approbation. Un atelier organisé du 16 au 18 octobre a réuni des physiciens du monde (Le mot monde peut désigner :) entier venus au CERN échanger des idées et s’informer sur l’avancement de ce projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration...) ambitieux.


Schéma de principe de CLIC

Le projet CLIC vise à amener les technologies de collisionneurs de leptons à des énergies de plusieurs TeV. Il s’agira (Agira est une commune italienne de la province d'Enna dans la région Sicile en Italie.) de faire entrer en collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.) des leptons ayant une énergie dans le centre de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la...) pouvant aller jusqu’à 3 TeV, soit plus de dix fois l’énergie du LEP. Cela n’est possible que dans un collisionneur linéaire, dans lequel il n’y a pas de perte d’énergie due au rayonnement synchrotron (Synchrotrons, synchro-cyclotrons et cyclotrons réfèrent à différents types d'accélérateurs circulaires.) créé par le mouvement circulaire des particules. La gamme d’énergie du CLIC nous permettra de sonder ce qui, dans la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique...) de l’ordre du TeV, n’aura pas été dévoilé par le LHC. Mais, pour accélérer des particules à de telles énergies sur une distance de 42 km, les faisceaux doivent gagner une énorme quantité d’énergie par mètre, ce qui impose de fournir une puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) instantanée par mètre très élevée.

L’équipe CTF3 travaille à produire un faisceau qui devrait démontrer la faisabilité d’atteindre une puissance instantanée aussi élevée. « Pour réaliser cela, on emploiera un système innovant dans lequel un faisceau d’entraînement basse énergie et basse fréquence, mais de très grande intensité est lancé parallèlement au faisceau principal, lui transmettant sa puissance », explique Hans Braun, chef de projet (Un chef de projet, en informatique est la personne chargée de contrôler le bon déroulement du développement d'un logiciel informatique. Par extension, le terme chef de...) adjoint. Le faisceau basse fréquence est comprimé lors du transfert au faisceau principal, ce qui permet une accélération et une luminosité très élevées. Cette utilisation d’un faisceau d’entraînement permet également de placer la principale source de puissance RF à distance. L’installation précédente, CTF2, a montré que le transfert de puissance à partir du faisceau d’entraînement est possible mais, contrairement à CTF3, le faisceau ne permettait pas ce transfert à l’échelle voulue. La nouvelle zone d’expérimentation, un bâtiment de 42 m de long relié au site CTF3, de 150 m de long, permettra de tester le faisceau une fois celui-ci réalisé.

L’atelier, où il a été question à la fois de physique et de la machine, était le premier du genre et a réuni plus de 200 participants de 49 instituts de 19 pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas gallo-romaine. Comme la...) différents. L’un des buts principaux était de faire part de l’avancement du projet CLIC et des nouveaux paramètres d’accélération et de fréquence, lesquels ont été changés à la fin de l’année dernière. « Nous avons réduit le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) d’accélération de 150 MW/m à 100 MW/m, et la fréquence est passée de 30 GHz à 12 GHz, explique Hans. Cela permettra non seulement de relâcher les contraintes techniques, mais aussi d’améliorer la puissance et le rendement du système. »

Ce type de fréquence est en fait déjà utilisé au SLAC (États-Unis) et au KEK (Japon). Renforcer les liens existants avec ces laboratoires et promouvoir une collaboration future avec des instituts du monde entier était l’un des autres buts importants de l’atelier. Les groupes de travail ont pu mettre en commun leurs connaissances spécialisées, en abordant toute une série de thèmes, notamment la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) des faisceaux, les structures d’accélération, l’instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :), les structures RF et la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) des faisceaux d’entraînement.

Robert Aymar, Directeur général du CERN, a prononcé l’allocution d’ouverture, en évoquant la nécessité de se préparer à aller au-delà des énergies atteintes au LHC, et a souligné l’importance de travailler sur les deux projets en parallèle. Au terme de cet atelier de trois jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les...), Mario Calvetti a résumé, en conclusion, les défis du CLIC. Malgré l’ampleur de ces défis, l’ambiance générale était très optimiste à l’issue de cet atelier.

Le saviez-vous ?

Dans un collisionneur linéaire, le faisceau se déplace, comme le nom l’indique, en ligne droite. Mais sur une ligne de 42 km de long, les choses ne sont pas si simples. Du fait de la courbure (Intuitivement, courbe s'oppose à droit : la courbure d'un objet géométrique est une mesure quantitative du caractère...) de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre planètes...), si on construit un tunnel (Un tunnel est une galerie souterraine livrant passage à une voie de communication (chemin de fer, canal, route, chemin piétonnier). Sont apparentés aux tunnels...) à une profondeur constante, il sera en fait courbé. C’est pourquoi il est nécessaire de construire un tunnel droit « comme un rayon laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme...) », qui sera plus profond au centre pour tenir compte de la courbure de la Terre. Ce centre se situera à 100 m sous terre. Le faisceau du CLIC devra aussi être beaucoup mieux focalisé que celui du LHC, puisque, le tube étant linéaire, les particules n’ont qu’une seule occasion d’entrer en collision. Dans le LHC, les particules parcourent l’orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) 11 000 fois par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure...), et entrent en collision avec un faisceau de rayon 16,7 µm, alors qu’au CLIC le faisceau n’aura qu’une seule occasion de réaliser une collision, et devra être concentré en un point (Graphie) près d’un million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et...) de fois plus exigu – 40 nm de large et 1 nm de haut, soit la dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien...) de quelques molécules d’eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.). Ce degré de focalisation extrême signifie que même les vibrations sismiques doivent être stabilisées pour qu’on puisse maintenir une ligne parfaitement droite.

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Source et illustration: © CERN