La troisième période d'exploitation du LHC, à une énergie record, démarre le 5 juillet 2022

Publié par Redbran le 05/07/2022 à 13:00
Source: CERN
Le Grand collisionneur de hadrons est prêt à recommencer à produire des collisions de protons pour les expériences, à une énergie inédite de 13,6 TeV: c'est le démarrage de la troisième période d'exploitation pour la physique pour cet accélérateur.


Vue du détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change...) d'ATLAS au LHC. (Image: Claudia Marcelloni/ATLAS CERN)

Une nouvelle période d'acquisition (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un...) de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) commence le mardi 5 juillet pour les expériences auprès de l'accélérateur de particules (Les accélérateurs de particules sont des instruments qui utilisent des champs...) le plus puissant du monde (Le mot monde peut désigner :), le Grand collisionneur (Un collisionneur est un type d'accélérateur de particules mettant en jeu des faisceaux...) de hadrons (LHC), après plus de trois ans de travaux d'amélioration et de maintenance. Des faisceaux circulent déjà dans le complexe d'accélérateurs du CERN depuis le mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps...) d'avril, la machine et ses injecteurs étant à nouveau mis en service pour un fonctionnement avec des faisceaux d'intensité plus élevée et à plus haute énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...). Les équipes du LHC sont désormais prêtes à annoncer que la machine produit des faisceaux stables, condition nécessaire pour que les expériences puissent mettre en marche (La marche (le pléonasme marche à pied est également souvent utilisé) est un...) tous leurs sous-systèmes et commencer à recueillir les données qui seront utilisées pour les analyses de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...). Le LHC fonctionnera en continu pendant près de quatre ans à l'énergie de collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de...) record de 13,6 milliers de milliards d'électronvolts (TeV), apportant aux expériences une précision inédite et un potentiel de découverte incomparable (L'Incomparable est un diamant jaune-brun, un des plus grand jamais trouvé dans le monde (890...).

"Nous allons concentrer les faisceaux de protons aux points d'interaction pour ramener la dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une...) du faisceau à 10 microns, afin d'accroître le taux de collisions. Par rapport à la première période d'exploitation, où le boson de Higgs (Le boson de Higgs est une particule élémentaire dont l'existence a été...) a été découvert avec 12 femtobarns inverses, on atteindra 280 femtobarns inverses avec la troisième période d'exploitation1. C'est là un accroissement significatif, qui ouvre la voie à de nouvelles découvertes", souligne Mike Lamont, directeur des accélérateurs et de la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :).

Les quatre grandes expériences du LHC ont apporté d'importantes améliorations à leurs systèmes de lecture et de sélection des données, avec l'intégration de nouveaux systèmes de détecteurs et d'une nouvelle infrastructure informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine...). Par rapport aux périodes d'exploitation précédentes, ces modifications leur permettront de collecter des échantillons de données beaucoup plus grands, avec des données de meilleure qualité. Les détecteurs ATLAS et CMS s'attendent à enregistrer plus de collisions pendant la troisième période d'exploitation du LHC que lors des deux périodes précédentes réunies. L'expérience LHCb a été entièrement remise à niveau et prévoit de multiplier par dix son débit (Un débit permet de mesurer le flux d'une quantité relative à une unité de temps au travers...) d'acquisition de données, tandis qu'ALICE a pour objectif de multiplier par cinquante le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de collisions enregistrées - une hausse considérable.

Grâce à des échantillons de données plus volumineux et à une énergie de collision plus élevée, la troisième période d'exploitation permettra d'étendre encore le programme de physique déjà très diversifié du LHC. Dans les expériences, les équipes étudieront la nature du boson (Les bosons représentent une classe de particules qui possèdent des propriétés...) de Higgs avec une précision sans précédent, et dans de nouveaux canaux. Elles pourront observer des processus qui étaient jusqu'à présent inaccessibles, et aussi améliorer la précision des mesures de nombreux processus connus en rapport avec des questions fondamentales, telles que l'origine de l'asymétrie (L'asymétrie est l’absence de symétrie, ou son inverse. Dans la nature, les crabes...) matière-antimatière dans l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.). Les scientifiques étudieront les propriétés de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) à des températures et des densités extrêmes. Ils chercheront également des candidats pour la matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre), traduction de l’anglais...) et pour d'autres phénomènes nouveaux, soit par des recherches directes, soit de façon indirecte par des mesures précises des propriétés de particules connues.

"Nous attendons avec intérêt des mesures de la désintégration du boson de Higgs en particules de deuxième génération telles que les muons. Ce serait là un résultat entièrement nouveau dans la saga du boson de Higgs. Ce serait la première confirmation que des particules de deuxième génération acquièrent également leur masse par le mécanisme de Higgs", explique Michelangelo Mangano, théoricien au CERN.

"Nous mesurerons l'intensité des interactions du boson de Higgs avec les particules de matière et les particules porteuses de force avec une précision inédite, et nous poursuivrons notre recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) de désintégrations des bosons de Higgs en particules de matière noire ainsi que les recherches de bosons de Higgs supplémentaires, déclare Andreas Hoecker, porte-parole de la collaboration ATLAS. On ne sait pas si le mécanisme de Higgs présent dans la nature est le scénario minimal ne comportant qu'une seule particule de Higgs. "


Un aspect en particulier retiendra l'attention: les études d'une catégorie de processus rares dans lesquels une différence inattendue (asymétrie de saveur leptonique) entre des électrons et des particules apparentées, les muons, a été étudiée par l'expérience LHCb dans les données recueillies dans le cadre des précédentes périodes d'exploitation. "Les données acquises pendant la troisième période d'exploitation avec notre détecteur tout neuf nous permettront d'améliorer la précision d'un facteur deux et de confirmer ou d'exclure d'éventuels écarts par rapport à l'universalité de la saveur leptonique", indique Chris Parkes, porte-parole de la collaboration LHCb. Les théories expliquant les anomalies observées par LHCb prédisent généralement aussi de nouveaux effets dans différents processus. Ceux-ci feront l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) d'études spécifiques réalisées par ATLAS et CMS. "Cette approche complémentaire est essentielle ; si nous arrivons à confirmer de nouveaux effets de cette façon, cela constituera une découverte majeure pour la physique des particules ", souligne Luca Malgeri, porte-parole de la collaboration CMS.

Le prochain programme de collisions d'ions lourds permettra d'étudier avec une précision inégalée le plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées...) de quarks et de gluons (PQG), l'état de la matière (Bien que le concept de phase soit simple, il est difficile de le définir précisément. Une bonne...) qui prévalait dans les dix premières microsecondes après le Big Bang (Le Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a...). "Nous allons passer à une nouvelle phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...): précédemment, nous avions observé de nombreuses propriétés intéressantes du plasma de quarks et de gluons ; maintenant, nous allons quantifier précisément ces propriétés et les relier à la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) des éléments constitutifs de cet état", explique Luciano Musa, porte-parole de la collaboration ALICE. Outre une campagne (La campagne, aussi appelée milieu rural désigne l'ensemble des espaces cultivés...) principale de collisions plomb-plomb, une brève campagne de collisions avec des ions d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...) est prévue, pour la première fois ; il s'agit d'observer l'apparition d'effets de type plasma de quarks et de gluons dans des systèmes de collision de plus petite dimension.

Les plus petites expériences auprès du LHC - TOTEM[, LHCf et MoEDAL, avec son tout nouveau sous-détecteur, MAPP, et les plus récentes, FASER et SND@LHC - se préparent à explorer des phénomènes relevant du Modèle standard ou hors Modèle standard, comme par exemple les monopôles magnétiques, ou les neutrinos et les rayons cosmiques.

Une nouvelle "saison (La saison est une période de l'année qui observe une relative constance du climat et de...)" de physique s'annonce, avec un programme scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) d'envergure (L'envergure est la distance entre les extrémités des ailes. Le terme est valable pour...) et très prometteur. Le lancement de la troisième période d'exploitation du LHC sera retransmis en direct sur les réseaux sociaux du CERN, et via une liaison satellite (Satellite peut faire référence à :) Eurovision haute qualité, le 5 juillet, à partir de 16 heures (L'heure est une unité de mesure  :). L'événement sera commenté en direct depuis le Centre de contrôle (Un centre de contrôle, dans le domaine de l'astronautique, est une salle d'où sont...) du CERN, dans cinq langues (allemand, anglais, espagnol, français et italien) pour faire découvrir aux spectateurs les différentes étapes de fonctionnement de la machine, depuis l'injection (Le mot injection peut avoir plusieurs significations :) des faisceaux de protons dans le LHC jusqu'aux points de collision où sont situés les détecteurs des expériences. Une session de questions-réponses en direct avec des spécialistes des accélérateurs et des expériences viendra clôturer la retransmission.

Note:
- 1 Le femtobarn inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de...) est l'unité de mesure (En physique et en métrologie, les unités sont des étalons pour la mesure de...) de la luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit...), qui correspond au nombre de collisions, ou encore à la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) de données recueillie. Un femtobarn inverse correspond, au LHC, à environ 100 000 milliards (1014) de collisions proton-proton.
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