L’amélioration haute luminosité du LHC entre dans une nouvelle phase

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De nouvelles technologies pour le LHC haute luminosité (Image: CERN)

Genève, le 29 octobre 2015. Cette semaine, plus de 230 scientifiques et ingénieurs du monde entier se sont réunis au CERN1 pour faire le point sur le LHC haute luminosité – une amélioration majeure du Grand collisionneur de hadrons (LHC) qui augmentera, à partir de 2025, le potentiel de découvertes de l’accélérateur.  

Après quatre ans d’études de conception, le projet entre à présent dans sa seconde phase, qui portera sur le développement de prototypes industriels pour différentes parties de l'accélérateur.

Pour un accélérateur, la luminosité est un indicateur de performance crucial. Elle est proportionnelle au nombre de particules entrant en collision en un temps donné. Les découvertes en physique des particules étant fondées sur des statistiques, plus le nombre de collisions est élevé, plus les physiciens ont de chances d’observer une particule ou un processus qui ne l’a encore jamais été.

Le LHC haute luminosité permettra d’augmenter la luminosité d'un facteur dix, et produira dix fois plus de collisions que ne le ferait le LHC dans le même laps de temps. Il fournira par conséquent des mesures plus précises sur les particules fondamentales et permettra aux physiciens d’observer des processus rares inaccessibles avec le niveau de sensibilité actuel du LHC. Avec cette amélioration, le LHC continuera de repousser les limites de la connaissance humaine, en permettant aux physiciens d’aller plus loin que le Modèle standard et le mécanisme de Brout-Englert-Higgs.

« Le LHC produit déjà des collisions de protons de la plus haute énergie jamais atteinte, indique Rolf Heuer, directeur général du CERN. Le LHC haute luminosité produira des collisions à un rythme dix fois plus rapide, ce qui augmentera notre potentiel de découvertes ; nous disposerons alors d’une machine idéale pour des études de précision – une suite logique pour la recherche à la frontière des hautes énergies. »

L’augmentation de la luminosité permettra aux physiciens d’étudier plus en détail les nouveaux phénomènes découverts par le LHC, notamment le boson de Higgs. Le LHC haute luminosité produira chaque année 15 millions de bosons de Higgs, contre un total de 1,2 million pour le LHC entre 2011 et 2012.

L’amélioration du LHC sera un processus exigeant, qui s’appuiera sur plusieurs technologies de pointe actuellement en cours de développement.

« Nous devons innover dans de nombreux domaines, en développant des technologies de pointe pour les aimants, l’optique de l’accélérateur, les cavités radiofréquence supraconductrices et les liaisons supraconductrices », explique Lucio Rossi, chef du projet LHC haute luminosité.

Au total, 1,2 km du LHC sera équipé de ces nouvelles technologies, au rang desquelles des aimants quadripolaires supraconducteurs d’avant-garde de 12 teslas, construits à partir d’un composé supraconducteur de niobium et d’étain. Ces aimants permettront de focaliser fortement le faisceau afin d’augmenter la probabilité que des collisions aient lieu. Ils seront installés de part et d’autre des expériences ATLAS et CMS.

Il y aura également de toutes nouvelles cavités radiofréquence supraconductrices, dites « cavités en crabe », qui seront utilisées pour incliner le faisceau avant la collision, et agrandir ainsi la zone de rencontre des faisceaux. De nouvelles lignes de transfert électriques, créées à partir de supraconducteurs à haute température, pourront transmettre vers l'accélérateur, sur plus de 100 mètres, des courants d'intensité record allant jusqu'à 100 000 ampères.

« Le LHC haute luminosité sera le premier accélérateur à utiliser ces technologies d'avant-garde, notamment les aimants à champ élevé en niobium-étain – une première, explique Frédérick Bordry, directeur des accélérateurs et de la technologie du CERN. En plus de faire augmenter le potentiel de découvertes du LHC, cela servira à démontrer la pertinence du concept pour de futurs accélérateurs. »

Toutes ces technologies ont été étudiées depuis 2011 dans le cadre de l’étude de conception HiLumi, financée en partie par le septième programme-cadre de la Commission européenne. L’étude HiLumi LHC a réuni de nombreux laboratoires des États membres du CERN, mais également de Russie, du Japon et des États-Unis. Des instituts des États-Unis ont participé au projet avec le soutien du programme LARP (US LHC Accelerator Research Program), financé par le ministère de l'Énergie des États-Unis. Quelque 200 scientifiques de 20 pays ont participé à cette première phase, qui s’est achevée avec succès.

La réunion de cette semaine marque la fin de la phase de conception du projet LHC haute luminosité, qui a été extrêmement complexe et marquée par une importante collaboration. Les efforts vont à présent se concentrer sur la réalisation de prototypes et l’industrialisation des technologies, avant que la phase de construction puisse commencer.

 

Pour en savoir plus:
http://home.cern/fr/about/accelerators/high-luminosity-large-hadron-collider
http://home.cern/fr/new-technologies-high-luminosity-lhc
http://hilumilhc.web.cern.ch
http://cds.cern.ch/record/2063307

Footnote(s)

1. Le CERN, Organisation européenne pour la Recherche nucléaire, est le plus éminent laboratoire de recherche en physique des particules du monde. Il a son siège à Genève. Ses États membres actuels sont les suivants : Allemagne, Autriche, Belgique, Bulgarie, Danemark, Espagne, Finlande, France, Grèce, Hongrie, Israël, Italie, Norvège, Pays-Bas, Pologne, Portugal, République tchèque, Royaume-Uni, Slovaquie, Suède et Suisse. La Roumanie a le statut de candidat à l’adhésion. La Serbie est État membre associé en phase préalable à l’adhésion. Le Pakistan et la Turquie sont États membres associés. Les États-Unis d’Amérique, la Fédération de Russie, l’Inde, le Japon, l’Institut unifié de recherche nucléaire (JINR), l’UNESCO et l’Union européenne ont le statut d'observateur.

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