Un LHC haute luminosité d'ici 10 ans au Cern
Publié par Adrien le 16/06/2018 à 00:00
Source: CNRS
Un nouveau chantier s'ouvre ce vendredi 15 juin 2018 au LHC, le grand collisionneur de hadrons. Initié en 2011, ce projet vise à mettre en service d'ici à 2026 un LHC haute luminosité (HL-LHC) qui permettra d'augmenter le nombre de collisions protons-protons et de récolter davantage de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.). La France contribue de manière importante à ce projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le...)hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) de 180 millions d'euros, 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 contribution du corps à la...) salariale incluse). Les équipes du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) et du CEA participent en particulier à la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la...) et aux développements technologiques sur les aimants supraconducteurs ainsi qu'à la jouvence des détecteurs et de l'accélérateur. Côté français, ce sont ainsi plus de 400 scientifiques qui accompagnent le renouveau du plus grand et du plus puissant collisionneur (Un collisionneur est un type d'accélérateur de particules mettant en jeu des faisceaux dirigés de particules élémentaires.) de particules au monde (Le mot monde peut désigner :).


Tunnel du LHC (Grand collisionneur de hadrons), un accélérateur de particules (Les accélérateurs de particules sont des instruments qui utilisent des champs électriques et/ou magnétiques pour amener des particules chargées électriquement à des...) situé à la frontière (Une frontière est une ligne imaginaire séparant deux territoires, en particulier deux États souverains. Le rôle que joue une frontière peut fortement varier suivant...) franco-suisse. C'est le plus puissant accélérateur de particules au monde
© Cyril FRESILLON/LHC/CNRS Photothèque

Mis en fonction pour la première fois en 2008 au Cern, le LHC ? Large Hadron Collider (Le LHC (Large Hadron Collider, « Grand Collisionneur Hadronique ») est le prochain grand accélérateur de particules qui sera mis en opération en...) - est un anneau de 27 kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458 seconde.) de circonférence muni de milliers d'aimants supraconducteurs qui permettent de maintenir les particules accélérées à l'intérieur de l'anneau. Les particules propulsées finissent par 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.) à une vitesse (On distingue :) proche de celle de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs...). Pour collecter les données, le collisionneur possède quatre détecteurs de particules: Atlas, CMS, Alice et LHCb.

Avec ces travaux, il s'agit d'accroître la luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.) du collisionneur d'un facteur 5 à 7 en concentrant le maximum de particules dans l'espace le plus réduit possible et ainsi d'augmenter le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de collisions au moment du croisement des deux faisceaux de protons. Cela permettra aux scientifiques d'étudier des phénomènes rares et d'obtenir des mesures de grande précision indispensables pour préciser les propriétés du boson de Higgs (Le boson de Higgs est une particule élémentaire dont l'existence a été proposée en 1964 par Gerry Guralnik, C.R. Hagen, et Tom Kibble; Robert Brout et...). Plus largement, c'est un pas de plus vers la compréhension du modèle standard et des scénarios qui en découlent.


Technicien faisant la maintenance de CMS (Solenoïde compact à muons), un grand détecteur du Grand collisionneur de hadrons (LHC), pendant un arrêt technique long (2013-2015).
© Cyril FRESILLON/LHC/CNRS Photothèque

La collaboration française est portée en particulier par le CNRS et le CEA qui travaillent depuis plusieurs années sur les aimants supraconducteurs destinés à focaliser efficacement les faisceaux. Ces aimants sont une des pièces maîtresses de tous les futurs (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.) accélérateurs. D'autres R&D dans ce domaine portent sur les aimants à très hauts champs qui permettront à terme d'augmenter 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.) des collisionneurs.

Les équipes du CNRS, du CEA et leurs partenaires universitaires interviendront sur les détecteurs de particules Atlas et CMS: d'importantes améliorations seront apportées aux détecteurs afin qu'ils fonctionnent avec de meilleures performances dans des conditions beaucoup plus intenses. Que ce soient pour les détecteurs et les accélérateurs, ces projets se font en collaboration avec des PME françaises. La France envisage également de contribuer au défi du traitement des données issues des expériences du HL- LHC, au sein des projets scientifiques, qui dépasseront pour la première fois l'échelle de l'exabyte.

Selon le calendrier (Un calendrier est un système de repérage des dates en fonction du temps. Ces systèmes ont été inventés par les hommes pour mesurer, diviser et organiser le temps sur de longues durées. Initialement conçus pour être en...) actuel, le HL-LHC sera exploité de 2026 à 2036-37 après deux phases d'arrêt: 2019- 2020 et 2024-2026 (phase durant laquelle le CNRS et le CEA interviendront sur les détecteurs de particules).

Les laboratoires français impliqués dans le LHC sont :
- l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) (CEA-Irfu)
- le Centre de physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants élémentaires de la matière et les rayonnements, ainsi que leurs...) de Marseille (CNRS/Aix-Marseille Université)
- l'Institut pluridisciplinaire Hubert Curien (Hubert Curien (30 octobre 1924, Cornimont - 6 février 2005, Loury) est un cristallographe français, ministre de la recherche de 1984 à 1986.) (CNRS/Université de Strasbourg)
- l'Institut de physique nucléaire (La physique nucléaire est la description et l'étude du principal constituant de l'atome : le noyau atomique. On peut distinguer :) de Lyon (CNRS/Université Claude Bernard)
- l'Institut de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) d'Orsay (CNRS/Université Paris-Sud)
- le Laboratoire de l'accélérateur linéaire à Orsay (CNRS/Université Paris-Sud)
- le Laboratoire d'Annecy de physique des particules (CNRS/Université de Savoie Mont-Blanc)
- le Laboratoire Leprince-Ringuet à Palaiseau (CNRS/École Polytechnique)
- le Laboratoire de physique de Clermont (CNRS/Université Clermont Auvergne)
- le Laboratoire physique nucléaire et hautes énergies à Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents de la Marne et...) (CNRS/Sorbonne Université/Université Paris Diderot)
- le Laboratoire de physique subatomique et cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.) à Grenoble (CNRS/Université Grenoble Alpes/Grenoble INP)
- le Laboratoire de physique subatomique et des technologies associées à Nantes (CNRS/Université de Nantes/IMT Atlantique-Institut Mines Telecom)
- l'Organisation (Une organisation est) de microélectronique générale avancée (CNRS/École Polytechnique)
- le Centre de calcul de l'Institut national de physique nucléaire et de physique des particules du CNRS


Atlas, le détecteur de particules le plus volumineux jamais construit pour la physique des particules (46m de long pour 25m de haut), en position ouverte pendant une période d'arrêt. Conçu pour comprendre notre Univers et son évolution, il détecte les particules élémentaires produites lors des collisions protons-protons.
© Cyril FRESILLON/LHC/CNRS Photothèque
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