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Posté par Adrien le Vendredi 22/09/2017 à 00:00
Détecteurs: des aimants supraconducteurs uniques
Avant même que les accélérateurs de particules ne les utilisent à grande échelle, les aimants supraconducteurs avaient été adoptés pour équiper les détecteurs analysant les collisions. Le champ magnétique est crucial pour identifier les particules issues des collisions : il dévie leur trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.), permettant de connaître le signe de leur charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne...) et de calculer leur impulsion. La résolution est d'autant meilleure que le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) est intense et que le volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) du détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change d'état en présence de l'élément ou de la situation pour lequel il a été spécifiquement conçu.) sur lequel il agit est important.


Le gigantesque aimant toroïdal supraconducteur d'ATLAS pendant son installation. Chacune des huit bobines, dont la dernière est en cours d'assemblage sur la photo, mesure 25 mètres de long (Image: ATLAS/CERN)

Dès les années 1960, les physiciens entrevoient l'intérêt des aimants supraconducteurs pour la détection. Au début des années 1970, des expériences aux États-Unis et au CERN développent de grands aimants supraconducteurs, générant des champs jusqu'à 3,5 teslas. Ces développements sont d'autant plus audacieux que la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) est encore balbutiante. Mais contrairement aux aimants pour les accélérateurs, qui doivent être réalisés en plusieurs dizaines d'exemplaires, les aimants des détecteurs sont uniques.

L'un de ces détecteurs précurseurs est la grande chambre à bulles (Une chambre à bulles est un détecteur de particules qui est formé d'une cuve contenant (généralement) de l'hydrogène liquide. La chambre étant généralement placée dans un champ magnétique important, la trajectoire de la...) européenne (BEBC) du CERN, mise en service en 1973, dont l'aimant supraconducteur génère un champ de 3,5 teslas. L'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) stockée atteignait 800 mégajoules, une performance qui ne sera surpassée qu'à la fin des années 1990.


La bobine supraconductrice de CMS lors de son insertion dans son cryostat. Il s'agit du plus grand aimant solénoïde supraconducteur jamais construit. (Image: Maximilien Brice/CERN)

Dans les années 1980, d'importants progrès sont réalisés pour rendre les aimants plus performants et " transparents ", afin qu'ils n'interagissent pas avec les particules au risque d'altérer leur identification. Des aimants de plus en plus grands sont construits. Ces travaux aboutissent dans les années 2000 aux gigantesques aimants supraconducteurs des expériences du Grand collisionneur (Un collisionneur est un type d'accélérateur de particules mettant en jeu des faisceaux dirigés de particules élémentaires.) de hadrons  CMS et ATLAS, des monuments de technologie. Le premier est un solénoïde aux dimensions (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 son...) exceptionnelles, générant un champ de 4 teslas et capable de stocker 2,7 gigajoules, une quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de choses.) d'énergie suffisante pour faire fondre 18 tonnes d'or. Le second est un gigantesque aimant toroïdal tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) à fait original, formé de huit bobines supraconductrices, générant également un champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la donnée d'une...) de 4 teslas, et entourant un aimant solénoïde plus petit.

La prochaine génération d'aimants supraconducteurs pour les détecteurs, plus grands et plus puissants encore, se prépare dans le sillage des grands projets d'accélérateurs, au CERN ou ailleurs.

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Source: Corinne Pralavorio - Copyright CERN
 
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