Avec le LHC, grâce aux collisions de particules, les physiciens n’explorent pas que les mystères de l’infiniment petit, mais aussi ceux de l’infiniment grand. © Cern

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LHC : les collisions de particules reprennent au Cern

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Le LHC fait ses premières collisions de protons pour 2018 et se prépare à chasser de la nouvelle physique avec elles pour terminer sa deuxième campagne de prise de données, avant une longue pause de deux ans.

LHC : comment fonctionne le plus grand accélérateur de particules ?  À cheval entre la France et la Suisse, le Grand collisionneur de hadrons permet actuellement de faire des collisions de protons à une énergie de 13 TeV (téraélectronvolts). Découvrez le fonctionnement de cet impressionnant outil en vidéo grâce au Cern. 

Le Cern vient de faire savoir que des collisions de faisceaux de protons avaient enfin repris après une pause hivernale consacrée à des upgrades du LHC. Il ne s'agit pas encore de collisions pour faire de la physique et chasser de nouvelles particules. La traque d'éventuelles particules de matière noire, voire de minitrous noirs en cours d'évaporation par rayonnement Hawking ne saurait cependant tarder.

Mais elle ne durera que pendant l'année 2018, après quoi, en décembre, les physiciens et les ingénieurs mettront fin au « run 2 », la deuxième campagne de prise de données avec les détecteurs géants que sont Alice, LHCb, CMS et Atlas. S'ensuivront deux années consacrées à repousser toujours plus loin les performances de la chaîne d'accélérateurs contenant le LHC en fin d'accélération des faisceaux de particules, de manière à préparer le HL-LHC, le LHC à haute luminosité.

Tous les collisionneurs de particules fonctionnent sur les mêmes principes, des faisceaux de particules à hautes énergies et lumineux. Voici pourquoi. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Fermilab

Une chaîne d'accélérateurs pour alimenter le LHC

Rappelons que le vendredi 30 mars 2018, à 12h17 précisément, des protons ont à nouveau circulé dans l'anneau du plus puissant accélérateur de particules du monde pour sa septième année de prise de données, et sa quatrième à l'énergie de collision de 13 TeV. Auparavant, les paquets de protons n'ont fait leur retour que par étape dans chaque étage d'accélération menant au LHC, à savoir début mars dans un accélérateur linéaire, le Linac 2. Ce fut ensuite l'entrée dans Booster du Synchrotron à protons (PS Booster), puis le 8 mars dans le fameux Synchrotron à protons (PS) et enfin le Supersynchrotron à protons (SPS), une semaine plus tard.

À chaque étape, les énergies des protons étaient portées à des niveaux plus élevés et le comportement des milliers de dispositifs électroniques, chargés de la réussite des opérations de production et de contrôle des faisceaux de protons et de leur accélération, était testé. Pour cela, seuls deux paquets de particules contenant chacun environ 120 milliards de protons ont été utilisés. C'est trop peu lumineux pour des faisceaux de particules pour accumuler de la statistique nécessaire à la découverte rapide d'une nouvelle physique. À terme, il y aura donc 2.556 de ces paquets, ce qui permettra de faire des collisions à un rythme élevé chaque seconde.

Sur quels critères se base-t-on pour faire une découverte en physique des particules ? La physicienne Nathalie Besson nous répond. © CEA Recherche

  • Dernière ligne droite pour la chasse aux nouvelles particules au LHC cette année avant une pause de deux ans.
  • Les membres du Cern vont alors en profiter pour préparer le LHC à haute luminosité, un outil plus performant pour découvrir une nouvelle physique.
Pour en savoir plus

Le LHC bientôt de retour à la chasse à de la nouvelle physique

Article de Laurent Sacco, publié le 27/04/2016

2016 sera-t-elle l'année d'une nouvelle révolution en physique théorique ? Nul ne le sait mais pour que cela se réalise, il faut produire une grande quantité de collisions au LHC (le Grand collisionneur de hadrons, ou Large Hadron Collider, en anglais). Les membres du Cern viennent justement d'obtenir les premiers faisceaux stables.

En 2015, Atlas et CMS, des détecteurs de particules du LHC (le Grand collisionneur de hadrons, ou Large Hadron Collider, en anglais), avaient perçu un signal pouvant correspondre à l'existence d'un nouveau boson issu d'une nouvelle physique. Des données sont encore nécessaires pour élucider ce mystère. Toutefois, en attendant, les premières collisions de protons ont repris avec des faisceaux stables au LHC. Ces faisceaux stables sont nécessaires pour faire de la physique (cependant, il ne s'agissait pas des premières collisions en 2016).

Les détecteurs Atlas, CMS, LHCb et Alice n'ont encore vu, ce samedi 26 avril, que des faisceaux de faible intensité, contenant seulement 12 paquets de protons chacun, des « bunches » dans le langage des physiciens des particules élémentaires spécialisés dans les accélérateurs de particules. Chaque bunche contenait lui-même environ 100 milliards de protons.

Le nombre de ces paquets devrait rapidement augmenter dans les semaines à venir. La seconde campagne de prise de données pour la physique devrait donc reprendre en mai 2016, avec des collisions de protons à 13 TeV. L'objectif final sera d'atteindre 2.736 bunches par faisceaux et donc d'augmenter le nombre de collisions par seconde. L'année 2016 pourrait permettre de collecter environ six fois plus de données qu'en 2015 grâce à ces faisceaux plus lumineux.

Une collision proton-proton enregistrée par le détecteur Atlas lors de la mise en service du LHC en 2016 avec des faisceaux de faible intensité. © Cern

Le Cern, des expérimentateurs... et des théoriciens !

Rappelons au passage que les découvertes au Cern dépendent, certes, des travaux de physiciens expérimentateurs comme l'étaient les prix Nobel de physique Georges Charpak et Simon van der Meer mais aussi des travaux des physiciens théoriciens, dont certains sont en poste dans la division Théorie du laboratoire.

Le Cern a d'ailleurs publié une série d'articles (voir les liens ci-dessous) pour faire connaître ces chercheurs au grand public. Leurs contributions sont en effet indispensables pour guider le travail des expérimentateurs et interpréter les résultats des expériences. Celles-ci servent, à leur tour, tout à la fois d'inspiration et de réfutation aux théories produites par ces physiciens.