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LHC : déjà les premières collisions à 13 TeV !

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Dans la soirée du mercredi 20 mai 2015, le Cern a fait savoir que d'ici 24 heures, les premières collisions à une énergie record de 13 téraélectronvolts (TeV) allaient avoir lieu dans les détecteurs géants du LHC. Elles ont déjà eu lieu pendant la nuit ! Le véritable redémarrage de la prise de données pour chasser de la nouvelle physique est donc en marche. Une clé capitale pour la cosmologie et pour mieux comprendre le Big Bang.

LHC : le plus grand accélérateur de particules reprend du service  Après 2 ans d’inactivité le Large Hadron Collider (LHC) du Cern est bientôt prêt pour son grand retour. Comme vous pourrez le voir sur cette vidéo, de nombreuses améliorations et réparations ont été faites afin de rendre l’accélérateur de particules plus puissant et plus stable. 

Les ingénieurs et les physiciens du Cern sont fébriles au moment où vous lisez ces lignes tout occupés qu'ils sont à accélérer et faire circuler dans le LHC des faisceaux de protons à 6,5 TeV en vue de les faire entrer en collision, ce qui n'avait encore jamais été accompli par l'humanité. Certes, ce n'est pas la première fois que des faisceaux de ce type (leur énergie était de 0,45 TeV il y a environ un mois) ont parcouru presque à la vitesse de la lumière l'orbite de 27 kilomètres de circonférence du Grand collisionneur de hadrons. Mais nul ne sait encore ce qui peut se passer lorsque de tels faisceaux entrent en collision. Qu'en sortira-t-il ? Des particules de matière noire ? Des mini trous noirs ? Cela reste encore un mystère.

Les premières collisions ont finalement eu lieu dans la nuit du 20 au 21 mai 2015 ! Mais avant de chasser de la nouvelle physique avec elles il faudra encore s'assurer de la stabilité des faisceaux avec des énergies et une luminosité nominale, ce qui devrait prendre quelques semaines selon les déclarations du Cern. Comme on le rappelait dans un précédent article sur le Grand collisionneur de hadrons, piloter des faisceaux de particules dans cet accélérateur met en jeu une physique et des problèmes qui ont de nombreux points communs avec la physique 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 sont cruciales.

Des paquets de 1011 protons sur orbite

Comme l'explique Jorg Wenninger de l'équipe Opérations du LHC« Lorsque l'on commence à faire entrer des faisceaux en collision à un nouveau niveau d'énergie, il arrive souvent qu'ils se manquent. Les faisceaux sont très fins : environ 20 micromètres de diamètre à 6,5 TeV. Ils sont plus de dix fois plus petits qu'à 450 GeV. Nous devons donc effectuer des réglages - ajuster l'orbite de chaque faisceau jusqu'à ce que les taux de collision fournis par les expériences nous disent que les faisceaux entrent en collision correctement ».

Une fois ce problème résolu, il faudra aussi faire monter les faisceaux en intensité. Au début des expériences, ces faisceaux ne contiendront que quelques « bunches », comme on les appelle dans le jargon des physiciens. Il s'agit de paquets de 1011 protons. En régime de croisière, quand le LHC sera devenu une « usine à collisions », selon les mots de Jorg Wenninger, chaque faisceau contiendra au moins 2.800 bunches. Il précise aussi : « Nous travaillons toujours sur la chaîne d'injection du LHC. La machine évolue. Au fil des mois, d'infimes changements apparaissent comme l'alignement de la machine, qui se modifie un peu à mesure que la géologie de la zone évolue. Il faut s'adapter jour après jour ».

Cliquez sur l’image pour voir la mise à jour de l’état des faisceaux B1 et B2. En haut à gauche apparaît LHC1. Il est aussi possible de voir l’état d’autres portions du LHC. © Cern

Suivre l’aventure du LHC

Les grandes découvertes potentielles du LHC pourraient changer radicalement la vision de la place de l'humanité dans l'univers et peut-être même son histoire. Il est possible, grâce à plusieurs liens (voir ci-dessous), de suivre en direct ou presque la circulation des faisceaux de protons dans le LHC, de même que les collisions dans les détecteurs.

Des images et des commentaires sont régulièrement proposés sur les sites dédiés aux quatre grandes expériences :

Il est possible de consulter des vidéos d'information sur YouTube grâce à CERNTV. Vous pouvez également suivre le Cern (en français) sur Twitter, sans oublier Atlas, CMS et le LHC sur Facebook.

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Avec le LHC, les physiciens explorent les mystères de l'infiniment petit mais aussi ceux de l'infiniment grand. En effet, le Grand collisionneur de hadrons découvrira peut-être des particules de matière noire. On voit ici des collisions à 13 TeV dans le détecteur Atlas du LHC avec les trajectoires des particules produites courbées par un champ magnétique. Un nouveau record en énergie a été atteint. © Cern