Grâce aux énergies qu'il pouvait permettre d'atteindre dans les collisions de protons, le LHC laissait espérer la découverte rapide de particules de matière noire, et même la formation de minitrous noirs. Il a fallu déchanter... Mais le LHC va redémarrer dans quelques mois, avec des faisceaux de protons atteignant de nouveaux sommets en énergie.

C'est tout récemment que Savas Dimopoulos, Kiel Howe, John March-Russell et James Scoville ont déposé sur arXiv un article qui ravive quelque peu l'espoir d'observer des dimensions spatiales supplémentaires, des minitrous noirs et des particules supersymétriques avec le LHCLHC (Grand collisionneur de hadronshadrons). Mais il faut pour cela provoquer des collisions de faisceaux de protonsprotons à des énergiesénergies supérieures à 10 TeV. C'est précisément ce à quoi se prépare le LHC qui redémarrera en 2015.

Rappelons que le LHC a exploré, de 2010 à 2013, le monde de la physiquephysique des particules avec des énergies de faisceaux de 4 TeV et donc en effectuant des collisions à des énergies de 8 TeV. Il a été mis à l'arrêt pendant deux ans, le temps nécessaire pour que la machine puisse être modifiée afin de produire et d'exploiter des faisceaux d'au moins 6,5 TeV avec une luminositéluminosité augmentée. Cela permettra de défricher de nouveaux territoires de la physique, et plus rapidement que jamais, grâce à des collisions à 13 TeV.

« Avec cette énergie inédite, le LHC va ouvrir de nouveaux horizons pour la physique et de futures découvertes. J'attends avec impatience de voir ce que la nature nous réserve » a commenté le Directeur général actuel du CernCern, Rolf Heuer, à qui devrait succéder en 2016 la physicienne italienne Fabiola Gianotti.

« Une quantité très importante de travaux ont été réalisés sur le LHC ces deux dernières années ; c'est pratiquement une nouvelle machine, a déclaré pour sa part le Directeur des accélérateurs et de la technologie du Cern, Frédérick Bordry. Redémarrer cet extraordinaire accélérateur n'est pas quelque chose de banal. Loin s'en faut. J'ai toutefois bon espoir que nous parviendrons à fournir des collisions aux expériences LHC d'ici à mai 2015 ».

Une vue du plus imposant système cryogénique du monde, celui du LHC, qui nécessite 120 tonnes d'hélium liquide. © Maximilien Brice, Cern

Une vue du plus imposant système cryogénique du monde, celui du LHC, qui nécessite 120 tonnes d'hélium liquide. © Maximilien Brice, Cern

Le retour des faisceaux de protons dans le LHC est prévu pour mars 2015. Les aimantsaimants supraconducteurs du Grand collisionneur de Hadrons ont déjà été refroidis avec de l'hélium liquideliquide en dessous de 4 kelvinskelvins et devraient atteindre en janvier 2015 leur température nominale de fonctionnement, à savoir 1,9 kelvin - ce qui est plus froid que la température du rayonnement fossilerayonnement fossile baignant l'universunivers -. Une portion des aimants supraconducteurssupraconducteurs du LHC a cependant déjà été testée en étant mise sous tension le mardi 9 décembre 2014 : 154 aimants dipolaires ont ainsi été alimentés avec un courant de 11.000 ampèresampères environ (une intensité mille fois supérieure à celle des appareils ménagers) afin de vérifier qu'ils pourront bien courber les trajectoires des faisceaux de protons à 6,5 TeV.

La cryogénie, une clé pour l'exploration de l'univers

Il faut pour cela générer des champs magnétiqueschamps magnétiques de 8,33 teslasteslas, en vue desquels des bobines ordinaires sont inadaptées. Les courants électriquescourants électriques nécessaires y généreraient en effet un effet Jouleeffet Joule inacceptable. C'est pour cette raison qu'il a fallu utiliser des aimants supraconducteurs avec des bobines de câbles composés de niobium-titane (NbTi). L'emploi d'héliumhélium liquide s'est aussi imposé pour le système cryogénique nécessaire à l'obtention de l'état supraconducteur dans les aimants du LHC. Ce système requiert pour fonctionner 120 tonnes d'hélium, 40.000 joints de tuyauterie et une alimentation électrique de 40 MW, soit dix fois plus que la puissance nécessaire à une locomotive.

On reste songeur devant les perspectives ouvertes par la recherche des plus basses températures possibles et leur effet sur les matériaux. Quand Kamerlingh Onnes a découvert la liquéfactionliquéfaction de l'hélium et la supraconductivitésupraconductivité, nul ne pouvait imaginer que ces curiosités de laboratoire allaient nous donner des clés pour découvrir le boson de Higgsboson de Higgs, analyser le rayonnement fossile avec PlanckPlanck et Bicep2 et tenter de maîtriser le feufeu du SoleilSoleil avec Iter.