Sciences

LHC : les collisions des faisceaux de protons sont de retour

ActualitéClassé sous :cern , lhc , proton

Il ne s'agit pas encore de collisions à l'énergie record de 13 TeV mais le Cern a annoncé la semaine dernière que des faisceaux de protons étaient à nouveau entrés en interaction dans les quatre détecteurs géants du LHC. Tout se présente donc au mieux pour le fameux second run du Grand collisionneur de hadrons qui devrait débuter cette année.

Le 6 mai 2015, des collisions de protons se sont à nouveau produites dans le détecteur Atlas du LHC. Les trajectoires des nouvelles particules chargées issues des collisions à 0,9 TeV ont été reconstituées par les ordinateurs (en orange sur l'image). Elles sont courbées par des champs magnétiques. Les énergies déposées sont indiquées en vert et jaune. © ATLAS Collaboration, Cern

Le LHC est probablement la machine la plus complexe jamais construite dans l'histoire de l'humanité. Elle est constituée de l'accélérateur de particules. Il ne s'agit pas seulement de produire des faisceaux de particules se déplaçant à une vitesse très proche de celle de la lumière. Il faut aussi gérer les trajectoires de paquets de protons (qui se repoussent eux-mêmes électrostatiquement).

La physique utilisée pour cela est commune aussi bien à celle utilisée pour la navigation dans le Système solaire, la mécanique céleste ou pour comprendre le fonctionnement des tokamaks comme celui d'Iter. Dans cette physique, les méthodes mathématiques découvertes par Lagrange et Hamilton jouent un grand rôle.

Le LHC c'est aussi quatre détecteurs géants Atlas, CMS, Alice et LHCb qui sont les héritiers des travaux du prix Nobel de physique Georges Charpak. Ce sont eux qui, couplés aux ordinateurs de Turing et Von Neumann et utilisant de savants algorithmes, nous permettent de chercher parmi les phénomènes faisant intervenir des milliards de nouvelles particules lors des collisions, les quelques rares événements trahissant l'existence d'une nouvelle physique qui s'y cache peut-être.

Le 5 mai 2015, les ordinateurs décryptant les données enregistrées par le détecteur CMS ont permis d'analyser les énergies déposées par des jets de particules produites par des collisions de protons à 0,9 TeV. On voit ici une image produite par ces ordinateurs codant les dépôts d'énergie ayant eu lieu dans les calorimètres électromagnétiques et hadroniques de CMS. © CMS Collaboration, Cern

Des « bunches » de protons à 0,45 TeV au LHC

Depuis quelque temps, des faisceaux de protons ont ainsi fait leur grand retour dans le LHC. Celui-ci avait été mis à l'arrêt pendant deux ans pour préparer une seconde campagne en quête de cette nouvelle physique. Il fallait pour cela monter en énergie et en luminosité. Des énergies record avaient déjà été atteintes avec des faisceaux de protons dont les particules portaient des énergies de 6,5 TeV. Mais des collisions entre ces faisceaux ne s'étaient pas encore produites.

Après avoir fait des premiers tests de l'accélérateur amélioré avec ces faisceaux, les membres du Cern avaient donc pour objectif de tester le bon fonctionnement des détecteurs lors de collisions. Ils ont commencé à le faire le 5 mai 2015.

Les protons utilisés n'ont cependant pas été accélérés par le LHC lui-même puisque les chercheurs se sont contentés d'utiliser dans un premier temps ceux sortant directement du Super synchrotron à protons (SPS), c'est-à-dire à l'énergie d'injection dans le LHC. Chacun de ces protons portant tout de même une énergie de 0,45 TeV, les collisions produites ont eu lieu à 0,9 TeV. Elles faisaient intervenir trois « bunches » par faisceau. Ces « bunches », comme on les appelle dans le jargon des physiciens, sont des paquets de protons. Dans le cas présent, ils en contenaient des dizaines de milliards. Des milliers de bunches seront présents dans les faisceaux du LHC quand il sera en régime de croisière.

Les premières collisions à 13 TeV sont prévues pour juin 2015.

Cela vous intéressera aussi