Le retour du LHC au Cern. Illustration. © Andrey VP, Adobe Stock
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Le LHC bat son record d'énergie pour chasser la nouvelle physique du Big Bang

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[EN VIDÉO] 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. 

La semaine dernière, le Grand collisionneur de hadrons, le LHC, avait fait à nouveau circuler des protons dans son anneau de 27 kilomètres de circonférence. Toujours avec l'objectif de repartir dans quelques mois à la chasse de nouvelles particules et à une nouvelle physique permettant peut-être de résoudre les énigmes de la matière et de l'énergie noire, les ingénieurs et physiciens du Cern viennent de battre ce 25 avril 2022 le record d'énergie pour des protons accélérés dans un collisionneur avec maintenant presque 7 TeV.

Comme Futura l’expliquait dans un précédent article, les chercheurs du Cern font entrer en collision des protons qu'ils accélèrent à des vitesses de plus en plus proches de celle de la lumière depuis un peu plus de 60 ans, avec la mise en service le 24 novembre 1959 du premier grand accélérateur de particules du Cern : le Proton Synchroton (PS).

À l'époque, la machine permettait de produire des protons dont les énergies atteignaient les 25 GeV, dépassant les espoirs des créateurs du PS et faisant de l'instrument le plus puissant accélérateur de particules au monde. La conception de la machine était tellement brillante qu'elle fonctionne encore aujourd'hui et sert de pré-accélérateur (il y en a plusieurs, comme l'explique la vidéo ci-dessus) aux faisceaux du LHC. C'est avec elle que les chercheurs du Cern ont découvert les courants neutres et les bosons intermédiaires de la théorie électrofaible de Glashow-Salam-Weinberg. Versatile, ce synchrotron a été utilisé aussi bien pour accélérer des électrons que des ions légers et lourds comme ceux de l'hélium, du soufre, de l'indium et du plomb, ce qui permet d'explorer les secrets du quagma pendant le Big Bang.

Un documentaire sur la découverte des bosons W, au Cern, au début des années 1980. Ces bosons sont massifs en raison de l'existence supposée du mécanisme de Brout-Englert-Higgs. Voici quelques-unes des clés pour comprendre comment s'est déroulée leur découverte, clés toujours pertinentes pour comprendre celles du LHC aujourd'hui. On y parle du LEP, le collisionneur électron-positron qui occupait le tunnel du LHC avant lui. © Cern

Des collisions à 13,6 TeV cet été pour le Run 3

Mais, ce lundi 25 avril 2022, les successeurs des ingénieurs et physiciens responsables du succès de 1959 annoncent avoir battu un record du monde pour l'énergie des protons accélérés dans une des dernières cathédrales scientifiques et technologiques de la noosphère avec des faisceaux de protons atteignant des énergies de 6,8 TeV, c'est-à-dire 6.800 GeV !

Ils annoncent également que les premières collisions avec ces faisceaux dans les détecteurs équipant le LHC devraient avoir lieu cet été, après les ultimes réglages et vérifications de la machine. On disposera donc à ce moment-là de 13.600 GeV qui pourraient donner autant de nouveaux protons pour chaque collision entre deux protons puisque dans cette unité d'énergie et en raison de la relation d'Einstein sur l'équivalence masse énergie, un proton a une masse d'environ 1 GeV. Bien d'autres particules sont en fait générées à chaque collision et on espère maintenant qu'en atteignant le nouveau seuil de 13,6 TeV des particules de matière noire qui seraient aussi lourdes seront enfin créées, voire peut-être, mais c'est devenu nettement moins probable, des minitrous noirs quantiques et autre effet de l'écume de l’espace-temps.

Espérons que la troisième campagne de prises de données du LHC, le Run 3, qui va bientôt commencer et qui durera quelques années, sera pleine de surprises.

Le record du LHC ce 25 avril 2022. 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 ». © Cern

Pour en savoir plus

Le LHC émerge de 3 ans de sommeil pour chasser de la nouvelle physique

Article de Laurent Sacco publié le 25/04/2022

Le Grand collisionneur de hadrons, le LHC, fait à nouveau circuler des protons dans son anneau de 27 kilomètres de circonférence. Il reste encore des tests et des réglages à faire, notamment avec les détecteurs, mais dans quelques mois la chasse à de nouvelles particules et à une nouvelle physique permettant peut-être de résoudre les énigmes de la matière et de l'énergie noire redémarrera.

Dans quelques mois, on pourra fêter les 10 ans, le 4 juillet 2022, de l'annonce de la découverte du boson de Brout-Englert-Higgs avec le LHC, couronnant les travaux il y a plus de 50 ans d'une poignée de prix Nobel de physique dont certains sont aujourd'hui décédés, comme Steven Weinberg et Murray Gell-Mann, et d'autres bien vivants, comme François Englert.

Certes, on attendait du LHC beaucoup plus, comme la création de minitrous noirs et de particules de matière noire. Cela ne s'est pas produit et tout espoir n'est pas encore perdu à ce sujet. Plus généralement, de la nouvelle physique peut encore s’y manifester indirectement et c’est peut-être déjà le cas avec la dernière détermination de la masse du boson W, comme les physiciens l’ont annoncé tout récemment.

L'accélérateur de particules le plus grand et le plus puissant du monde a redémarré après une interruption de plus de trois ans pour des travaux de maintenance, de consolidation et de mise à niveau. Le 22 avril, à 12 h 16, deux faisceaux de protons ont circulé en sens inverse autour de l'anneau de 27 kilomètres du Grand collisionneur de hadrons, à leur énergie d'injection de 450 milliards d'électronvolts (450 GeV). 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 ». © Cern

Des protons à 450 GeV, mais pas encore de collision

Mais pour cela, il faut de nouvelles collisions de protons dans les détecteurs géants le long de l'anneau de 27 kilomètres du Grand collisionneur de hadrons. Or justement, le Cern vient de faire savoir qu'après une pause de plusieurs années consacrées à des travaux d'amélioration des accélérateurs et des détecteurs du LHC, les circulations de faisceaux de protons avaient repris, même s'il n'est pas encore question de prendre de nouvelles données pour traquer de nouvelles particules.

Cela vient de se produire ce 22 avril, à 12 h 16 CEST, avec deux faisceaux de protons qui ont circulé en sens opposé le long de l'anneau, l'énergie d'injection étant déjà de 450 milliards d'électronvolts (450 GeV) par particule dans ces faisceaux, ce qui en théorie permet de créer par exemple 900 protons environ pour chaque collision entre deux particules (la masse d'un proton est d'environ 1 GeV, selon les unités exprimant la relation d'Einstein entre énergie et masse).

Une version partielle de la vidéo précédente directement en Français. © Cern 2022

« Ces faisceaux ont circulé à l'énergie d'injection et contenaient un nombre relativement petit de protons. Les collisions de haute intensité et de haute énergie se produiront dans quelques mois, mais ces premiers faisceaux marquent un redémarrage réussi de l'accélérateur après les travaux intenses réalisés durant le long arrêt », commente au sujet de cet événement Rhodri Jones, chef du département Faisceaux du Cern.

« Les machines et les équipements ont fait l'objet d'améliorations importantes durant le deuxième long arrêt du complexe d'accélérateurs du Cern », le LHC proprement dit a connu un vaste programme de consolidation et va maintenant fonctionner à une énergie encore plus élevée. Grâce aux améliorations majeures apportées au complexe d'injecteurs, il fournira beaucoup plus de données aux expériences LHC mises à niveau », explique, quant à lui, dans un communiqué du Cern Mike Lamont, directeur des accélérateurs et de la technologie du laboratoire européen.

Pour mémoire, une présentation du Cern. © Cern

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