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LHC : il redémarrera en 2015 avec des collisions à 13 TeV

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Par Laurent Sacco, Futura

Même si le 21 décembre 2012 est proche, ce n'est pas la fin du monde pour les physiciens du LHC qui se préparent à augmenter la puissance de leur machine pour atteindre les 13 TeV. Les dernières collisions de faisceaux de protons avant un redémarrage en 2015 ont eu lieu, et celles entre faisceaux d'ions lourds et faisceaux de protons cesseront début 2013.

Au Cern, une statue de Shiva donnée par l'Inde rappelle que dans la cosmologie indienne, l'univers passe par des cycles de création et de destruction. Le monde finira-t-il en 2012 ? © Cern, Maximilien Brice

L'année 2012 s'achève au Cern, et elle clôture provisoirement la quête de la nouvelle physique avec des collisions de protons. Celle au boson de Higgs est probablement sur le point de s'achever car, s'il existe encore un léger doute sur le spin du nouveau boson découvert avec le LHC cette année, les dernières résultats en provenance des détecteurs Atlas et CMS renforcent la conviction des chercheurs que le champ de Higgs existe bel et bien. On aurait donc bien surpris les produits des désintégrations de quelques bosons de Higgs temporairement présents dans les détecteurs géants du LHC.

Du boson de Higgs à la matière noire

Pour en arriver là, des millions de milliards de collisions proton-proton ont été produites par le LHC, et les ordinateurs programmés par les physiciens en ont examiné de plus près environ 5 milliards. Cela leur a permis de découvrir au final près de 400 collisions que l'on interprète comme des traces fugaces du mythique boson de Peter Higgs.


Une vidéo extraite du site Du Big Bang au Vivant avec des commentaires de Jean-Pierre Luminet sur le LHC. Le site www.dubigbangauvivant.com est un projet multiplateforme francophone sur la cosmologie contemporaine. Hubert Reeves, Jean-Pierre Luminet et d'autres chercheurs y répondent à des questions à l'aide de vidéos. © Groupe ECP, YouTube

On n'a malheureusement trouvé aucune trace de particules de matière noire, à la grande surprise de beaucoup de chercheurs, mais pas de tous. Certains s'attendaient aussi à ce que la supersymétrie soit rapidement découverte grâce au LHC. Peut-être faudra-t-il reconsidérer certaines voies de recherche concernant de la physique au-delà du modèle standard bien moins explorées depuis quelques années. Ainsi, on s'est rendu compte cette année que la théorie unitaire proposée par Alain Connes et ses collègues n'était finalement pas incompatible avec un boson de Higgs léger.

Pour en savoir plus, il faudra s'armer de patiente car le matin du 17 décembre 2012, la dernière prise de données avec des collisions de faisceaux de protons a été réalisée. Ces prises de données ne reprendront que début 2015.

Parmi ceux sur la Toile qui suivent en direct de temps en temps l'état des faisceaux au LHC, certains ont pu constater que les chercheurs du Cern ne manquent pas d'humour et que, comme ceux de la Nasa avec le Nasa Johnson Style, ils n'hésitent pas à faire des clins d'œil au grand public.

So long and thanks for all the fish

On peut en effet lire dans le message sur l'écran de contrôle du LHC disponible « So long and thanks for all the fish » (Salut et merci bien pour le poisson !), une référence évidente au Guide du voyageur galactique (The Hitchhiker's Guide to the Galaxy), la célèbre série de livres de l'écrivain britannique Douglas Adams.

Le Cern fait un clin d'œil à H2G2, lorsque les dauphins quittent la Terre qu'ils savent condamnée à la destruction. On peut en effet lire sur cet écran donnant l'état des faisceaux dans le LHC la mythique phrase : « So long and thanks for all the fish ». © Cern

La physique ne s'arrête pour autant au LHC en 2012, car des collisions entre faisceaux de protons et faisceaux d'ions de plomb auront bien lieu en 2013. En tout état de cause, les équipes en charge de l'accélérateur lui-même peuvent être fières de leur travail. Comme le souligne Steve Myers, directeur des accélérateurs et de la technologie du Cern : « la performance du LHC obtenue ces trois dernières années a dépassé toutes les attentes. L'accélérateur a produit plus de 6 millions de milliards de collisions, et la luminosité n'a cessé d'augmenter. C'est un résultat fantastique, et je suis extrêmement fier de mon équipe ».

Des collisions à 14 TeV en 2015 ?

Rappelons que la luminosité des faisceaux est un facteur important pour non seulement réaliser des découvertes en physique des particules, mais aussi le faire en un temps raisonnable. On peut le comprendre si on pense au temps de pause et à la luminosité lorsque l'on fait des photos. On obtient une image d'autant plus nette et d'autant plus rapidement que la quantité de lumière pénétrant dans l'appareil est grande. Si le LHC n'avait pas disposé d'une luminosité suffisante, il aurait éventuellement fallu faire fonctionner l'accélérateur pendant des siècles avant de découvrir le boson de Higgs...

Les faisceaux de protons du LHC ont battu des records de luminosité ces derniers temps. Ils sont constitués de centaines de paquets de quelques dizaines de cm de long, contenant plus de cent milliards de protons chacun. Le nombre de 2.748 paquets par faisceau, mais avec des énergies de 450 GeV, a été atteint la semaine dernière. Des intervalles de seulement 25 ns (nanosecondes) entre chaque paquet entrant dans les détecteurs, c'est-à-dire la fréquence de fonctionnement nominale, ont aussi été atteints.

Tout cela est de bon augure pour le redémarrage du LHC en 2015. Pendant les deux années qui vont suivre, l'ensemble de l'accélérateur sera amélioré pour fonctionner à des énergies de 13 puis rapidement 14 TeV, et avec sa luminosité nominale. Espérons que tout cela sera suffisant pour aborder de nouveaux territoires pour la physique fondamentale.

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