Laboratoire de l'accélérateur linéaire - Définition

L'entrée du LAL

Le Laboratoire de l'accélérateur linéaire ou LAL est une unité mixte du CNRS de l'IN2P3 et de l'université de Paris XI.

Il est situé sur le campus d'Orsay et occupe les bâtiments 200 à 209, situés dans la vallée au sud de l'Yvette. L'essentiel des activités de recherche du LAL est centré sur la physique des particules, mais depuis quelques années certains chercheurs s'orientent aussi vers l'astrophysique et plus particulièrement vers la cosmologie .

Il emploie au 1er janvier 2007 : 111 chercheurs et 219 personnels techniques répartis en :

• 178 ITA CNRS : ingénieurs, techniciens, administratifs fonctionnaires titulaires du CNRS,
• 21 TPN : techniciens et ingénieurs de physique nucléaire, fonctionnaires titulaires du CNRS,
• 5 ITA du l'Université Paris-Sud
• 16 CDD

Les activités techniques sont réparties entre différents services :

• accélérateurs
• administratif
• électronique
• informatique
• infrastructure et achats
• mécanique

Historique

Sous l'impulsion de son directeur le professeur Yves Rocard, le laboratoire de physique de l'École normale supérieure de la rue d'Ulm à Paris démarra en 1955 la construction du LAL à Orsay pour donner aux scientifiques un accélérateur d'électrons .

La construction fut achevée en 1958 et les premières expériences eurent lieu en 1959.

Le personnel était composé des chercheurs et du personnel technique de l'ENS Ulm trop à l'étroit dans ses locaux parisiens. La première tranche d'énergie de 1,3 GeV (1 Giga électonvolt = 10⁹eV) fut achevée en 1962, ainsi que l'anneau de collision électrons-positrons ACO (Anneau de collision d'Orsay) qui était un accélérateur circulaire où était étudiée l'annihilation matière-antimatière.

De 1965 à 1968 construction de la dernière tranche qui porta l'énergie à 2,3 GeV. À cette époque, le LAL était un des plus grands laboratoires au monde dans le domaine de la physique des hautes énergies. Mais, peu à peu, des outils plus performants au CERN ou à DESY (Hambourg) vont éloigner les physiciens ce cet outil de proximité.

En 1973 un nouveau laboratoire fut créé pour utiliser le faisceau de l'accélérateur, il s'agissait du LURE (Laboratoire pour l'utilisation du rayonnement électromagnétique).

L'année 1976 vit la mise en service de l'anneau de stokage et de collision DCI pour la physique des particules et en tant que source de rayons X pour le LURE.

En 1985 le LAL et le LURE devinrent deux entités distinctes. Le LURE continuant à exploiter l'accélerateur, ACO et DCI, tandis que le personnel du LAL participait de plus en plus à des grosses expériences internationales.

À partir de 1987 une partie de l'activité du LAL va s'orienter vers des expériences de physique sans accélérateur et vers l'astrophysique.

En 2001 une société civile appelée Soleil reprit en les développant les expériences du LURE.

En décembre 2003, le LURE cessa l'exploitation de ses deux synchrotrons (DCI et SuperACO) et de son accélérateur d'électrons, le (Linac).

En 2004 commença le démentèlement de l'accélérateur linéaire qui va durer entre cinq et dix ans.

Les activités techniques et de recherche continuent au LAL en participant aux différentes expériences internationales dans lesquelles les équipes sont impliquées depuis de nombreuses années.

Durant ces cinquante ans d'existence, onze directeurs se sont succédé à la tête du Laboratoire de l'accélérateur linéaire :

• 1955 Fondation par M Yves Rocard
• 1956-1961 M. Henri Halban
• 1961-1969 M. André Blanc-Lapierre
• 1969-1975 M. André Lagarrigue
• de janvier à mars 1975 M. Pierre Lehmann, suite au décès brutal d'André Lagarrigue.
• 1975-1985 M. Jean Perez y Jorba
• 1985-1994 M. Michel Davier
• 1994-1998 M. Jacques Lefrançois
• 1998-2002 M. François Richard
• 2002-31 août 2005 M. Bernard d'Almagne.
• 1er septembre 2005 ... : M Guy Wormser

En juin 2006 le laboratoire a fêté son cinquantenaire en présence de personnalités scientifiques.

Une première mondiale

En 1962, l'anneau de collision AdA (anello di accumulazione) construit à Frascati près de Rome, en Italie fut transporté à Orsay au Laboratoire de l'accélérateur linéaire pour y observer des collisions entre électrons et positrons. Ce transport donna lieu à quelques péripéties, un douanier à la frontière voulant "voir" le vide qui était maintenu à l'intérieur de l'anneau durant le transport. Les collisions e⁺ / e^- y furent observées pour la première fois au monde en décembre 1963. Cette expérience ouvrit la voie pour la construction dans le monde entier de collisionneurs électrons-positrons.

Domaines de recherche

Les domaines de recherche des physiciens du LAL sont les suivants :

Physique des particules

Auprès des accélérateurs

• Au CERN à Genève auprès du LEP jusqu'en 2003 et auprès du LHC à parir de 2007 :

Expériences ALEPH et DELPHI : ces deux expériences étaient installées aupres du Collisioneur électron positron (LEP). Leur construction a duré près de dix ans, la prise de données aussi. Cela a permis de rechercher en particulier le Boson de Higgs, elles sont maintenant terminées.

Expérience Atlas : cette expérience est une énorme collaboration internationale puisque, depuis dix ans, 1 700 personnes (physiciens et ingénieurs) sont dans ce projet. Elle sera installée auprès du LHC qui est un collisionneur proton-proton qui va fournir une énergie de plusieurs TeV(Tera électronvolt=10¹² eV) et un taux de collision cent fois supérieur à celui des collisioneurs plus anciens. Le détecteur Atlas est composé de trois sous-systèmes. Le LAL est impliqué dans l'un de ses ensembles : le calorimètre électromagnétique.

Expérience Lhcb(Large hadron collider beauty experiment) : Comme son nom l'indique cette expérience sera installée auprès du LHC, elle étudiera la violation de la symétrie particule-antiparticule lors de la désintégration de mésons " beaux " (méson B). Les dix milliards de particules générées quotidiennement au point d'interaction permettront la mesure des diverses manifestations de cette dissymétrie. Peut-être y trouvera-t-on l'explication de l'absence d'antimatière dans la nature. C'est ausi une collaboration internationale au sein de laquelle le LAL a en charge l'électronique associée aux calorimètres.

• Auprès de l'accélérateur HERA à Hambourg : expérience H1 à DESY
• À Fermilab à Chicago : expérience D0
• À Stanford États-Unis : expérience Babar

Physique du neutrino

Expérience NEMO : pour être à l'abri du rayonnement cosmique, le detecteur NEMO 3 est installé dans le laboratoire souterrain de Modane (LSM), grotte située perpendiculairement au tunnel routier dans le tunnel du Fréjus environ à égale distance de l'Italie et de la France . Le but de l'expérience et de déterminer la nature des neutrinos. NEMO signifie Neutrino Ettore Majorana Observatory. Avec cette expérience on cherche à répondre à deux questions :

• Le neutrino est-il une particule différente ou identique à son antiparticule ?
• Le neutrino a-t-il une masse ? et, si oui, pourquoi cette masse est-elle si faible ?

Le LAL s'est impliqué d'un point de vue technique dans la construction mécanique du détecteur et dans l'électronique d'aquisisition des données .

Expérience Opera (Oscillation project whith emulsion tracking apparatus)  : un faisceau de neutrinos produits par le LHC au CERN à Genève va parcourir 732 km à travers la croute terrestre pour arriver dans le laboratoire du Gran Sasso près de l'Aquila en Italie. Là deux grands détecteurs de quelques milliers de tonnes chacun attendent ces neutrinos. C'est une collaboration internationale de trente laboratoires, la prise de données devrait commencer en 2005.

Astrophysique

• Expérience Planck lancement de la sonde dans l'espace en 2007 :
• Expérience EROS à la Silla dans la Cordillère des Andes au Chili :
• Expérience Auger à Malargüe en Argentine :
• Expérience Virgo à Cascina, à côté de Pise en Italie : c'est un détecteur interférométrique d'ondes gravitationnelles. Le projet a été initié en 1993 et l'installation des bras s'est terminée en 2002. Le principe est celui d'un interféromètre de Michelson mais dont les bras mesurent 3 km de long, ce qui est énorme, et techniquement très difficile à réaliser, car il faut à l'intérieur des bras un vide meilleur que 10^-8mb. Huit physiciens du LAL travaillent sur cette expérience ainsi qu'une équipe technique pour l'étude et le suivi en usine de la fabrication des tubes formant les bras, et pour le contrôle de la source lumineuse (un laser de puissance).

En projet

ILC(International linear collider) anciennement FLC pour Future linear collider : c'est un collisionneur électrons positrons de très hautes énergies et forte luminosité qui pourrait voir le jour après 2015, dans le cadre d'une collaboration mondiale. Il pourrait faire progresser la recherche par des mesures de précision : du ou des bosons de Higgs, du quark top, des particules supersymètriques, des couplages des bosons Z et W