Peter Higgs devant le détecteur Atlas du LHC, celui qui devrait découvrir « son » boson. Crédit : Cern

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Nouvelle physique au LHC : faudra-t-il attendre 2012 ?

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La vérification complète des connexions des aimants supraconducteurs du LHC s'est terminée il y a une semaine. Mais des problèmes techniques imprévus imposent un démarrage prudent à seulement la moitié de l'énergie accessible à l'accélérateur. Si de la nouvelle physique doit émerger il faudra alors peut-être attendre trois ans...

La blogosphère de la physique des hautes énergies murmurait depuis quelque temps de mauvaises nouvelles. Les premières circulations de faisceaux de protons au LHC ne pourraient avoir lieu qu'en novembre 2009. De plus, loin de démarrer quelques semaines plus tard des collisions à 10 TeV (5 TeV par faisceau), des énergies aussi faibles que 4 TeV pourraient bien être le choix le plus prudent.

Bien que supérieure à ce qui est aujourd'hui accessible avec le concurrent direct du LHC, le Tevatron, cette puissance disponible pour les collisions est particulièrement décevante pour les théoriciens, et encore plus pour les expérimentateurs impliqués depuis plus de 15 ans dans la recherche de signaux d'une nouvelle physique grâce au LHC.

Il faut savoir en effet que pour produire en quantités suffisantes la grande majorité des particules prédites par les diverses extensions du modèle standard, il faut monter à des énergies de l'ordre de 10 TeV afin que leur détection certaine ait lieu en quelques années de fonctionnement et d'analyse.

Il ne s'agit pas seulement d'une question d'énergie. De la même façon qu'en astronomie, une faible luminosité nécessite un temps de pose long pour obtenir une image acceptable, la luminosité des faisceaux de particules est directement reliée au taux de production de ces dernières. Et plus la production d'une particule est difficile plus la luminosité doit être importante pour que sa découverte puisse être faite rapidement. Si la luminosité offerte par le LHC est trop faible, plus de dix années de fonctionnement du LHC pourraient être nécessaires pour découvrir certaines d'entres elles.

L'accident du 19 septembre 2008, et la découverte de connexions défaillantes entre les aimants dipolaires, avait déjà refroidi l'enthousiasme des chercheurs. Certains d'entre eux laissaient entendre qu'un retard d'au moins un an était prévisible pour vérifier les 10.000 connexions et s'assurer que de nouveaux accidents, causes de retards importants, ne puissent pas se produire.

L'agacement de certains théoriciens, comme Nima Arkani-Hamed, était palpable. Depuis plus de dix ans, ce physicien a entrepris de trouver des traces de la théorie des supercordes accessibles dans des expériences comme celles du LHC. La perspective de peut-être devoir attendre une décennie de plus n'est certainement pas pour l'enchanter...

Le problème découvert par les ingénieurs et les physiciens en charge du LHC est que le processus de connexions des supraconducteurs a endommagé certains câbles en cuivre chargés d'éliminer le courant dans les aimants en cas de quenching.

Fiabilité trop faible pour la pleine puissance

Lorsqu'un aimant supraconducteur chauffe légèrement, il perd son pouvoir supraconducteur. Il se produit alors ce qu'on appelle un quench et le courant dans l'aimant doit être éliminé rapidement pour éviter un accident.

Lorsqu'une connexion supraconductrice est mal faite, une petite résistance apparaît et fait chauffer le supraconducteur. C'est la conjonction d'une mauvaise connexion et d'un dysfonctionnement du câble en cuivre chargé d'éliminer le courant en cas de quenching qui est à l'origine de l'accident de 19 septembre.

Les connexions supraconductrices ont été réparées mais il reste des incertitudes sur la fiabilité des connexions en cuivre. Or, faire des vérifications supplémentaires à ce niveau prendrait beaucoup trop de temps. La seule solution est de démarrer le LHC à des énergies basses pour rester en dessous du seuil de sécurité estimé.

Le directeur général du Cern, Rolf Heuer, après consultation des experts, vient d'annoncer que les premières collisions se feront bien en 2009 mais à 7 TeV, c'est-à-dire 3,5 TeV par faisceau.

L'année 2010 sera consacrée à des premières prises de données et l'énergie devrait être progressivement, si tout va bien, augmentée jusqu'à 10 TeV. L'année se terminera par des essais de collisions d'ions lourd dans le détecteur Alice. LHC fermera ensuite pour l'hiver afin de se préparer pour atteindre des énergies supérieures à 10 Tev en 2011 (14 TeV est prévue).

Au final, la perspective n'est pas très réjouissante comme le laisse entendre le physicien Adam Falkowski sur son blog. En plus d'être à basse énergie, la luminosité prévue est environ dix fois inférieure à celle nécessaire pour espérer obtenir rapidement de la nouvelle physique au LHC. Pour lui, il faudra très probablement rester patient jusqu'en 2012...

En attendant, le Tevatron devient désormais le meilleur candidat pour la détection des premiers signaux du boson de Higgs, même si comme le rappelait dernièrement le physicien Joseph Lykken. Le dernier mot pour la démonstration indubitable que le boson de Peter Higgs existe devrait normalement être laissé aux détecteurs Atlas et CMS du LHC.

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