Explication : qu’est-ce que le Grand collisionneur de hadrons, désormais prêt à chercher des réponses aux questions fondamentales de la physique des particules ?

Le collisionneur de particules le plus puissant au monde, le Large Hadron Collider (LHC), commencera à écraser des protons les uns contre les autres à des taux d’énergie sans précédent à partir du 5 juillet.

Les scientifiques enregistreront et analyseront les données, qui, espèrent-ils, conduiront à la preuve d’une « nouvelle physique » – ou physique au-delà du modèle standard de la physique des particules, qui décrit comment les éléments constitutifs de base de la matière interagissent, régis par quatre forces fondamentales.

LHC

Le Large Hadron Collider est une machine gigantesque et complexe créée pour étudier les particules qui sont les plus petits éléments constitutifs connus de toutes choses.

Structurellement, il s’agit d’une piste de 27 km enfouie à 100 mètres sous terre à la frontière franco-suisse. Dans son état opérationnel, il projette deux faisceaux de protons presque à la vitesse de la lumière dans des directions opposées à l’intérieur d’un anneau d’électroaimants supraconducteurs.

Le champ magnétique créé par l’électroaimant supraconducteur maintient les protons dans un faisceau étroitement compacté et les guide tout au long de leur parcours à travers les faisceaux du tuyau et finit par entrer en collision.

« Juste avant la collision, un autre type d’aimant est utilisé pour « serrer » les particules les unes contre les autres afin d’augmenter la probabilité d’une collision. Les particules sont si petites que la tâche de les faire entrer en collision revient à tirer deux aiguilles à 10 km de distance avec une telle précision qu’elles se rencontrent à mi-chemin », selon l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (à l’origine Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, ou CERN, en français), qui gère le complexe d’accélérateurs de particules abritant le LHC.

Étant donné que les puissants électroaimants du LHC transportent un courant presque aussi important qu’un coup de foudre, ils doivent rester froids. Le LHC utilise un système de distribution d’hélium liquide pour maintenir ses composants critiques au frais à moins 271,3 degrés Celsius, ce qui est plus froid que l’espace interstellaire. Compte tenu de ces exigences, il n’est pas facile de réchauffer ou de refroidir un moteur géant.

Dernière mise à jour

Trois ans après avoir été arrêté pour maintenance et mises à niveau, le Collider a été réactivé en avril. Il s’agit de la troisième opération du LHC, et à partir de mardi, il fonctionnera 24 heures sur 24 pendant quatre ans à un niveau d’énergie sans précédent de 13 téraélectronvolts. (TeV est de 100 milliards, ou 10 à 12 électron-volts. Les électron-volts sont l’énergie donnée aux électrons en les accélérant à travers une différence de potentiel électrique de 1 volt.)

« Nous visons à transmettre 1,6 milliard de collisions proton-proton par seconde » pour les expériences ATLAS et CMS, a déclaré le responsable de l’accélérateur et de la technologie du CERN, Mike Lamont, selon un rapport de l’AFP. Cette fois, le faisceau de protons serait réduit à moins de 10 microns – un cheveu humain a une épaisseur de 70 microns – pour augmenter le taux de collision, a-t-il déclaré.

(ATLAS est la plus grande expérience de détection de particules à usage général au LHC ; l’expérience Compact Muon Solenoid (CMS) est l’une des plus grandes collaborations scientifiques internationales de l’histoire, avec les mêmes objectifs qu’ATLAS, mais en utilisant une conception de système magnétique différente. )

Processus précédent et découverte de ‘God Particle’

Il y a dix ans, le 4 juillet 2012, des scientifiques du CERN annonçaient au monde la découverte du boson de Higgs ou « particule divine » lors du premier lancement du LHC. Cette découverte a mis fin à une recherche de plusieurs décennies sur les particules subatomiques « porteuses d’énergie » et a prouvé l’existence du mécanisme de Higgs, une théorie proposée au milieu des années soixante.

Cela a conduit Peter Higgs et son collaborateur François Englert à recevoir le prix Nobel de physique en 2013. Le boson de Higgs et son champ énergétique associé auraient joué un rôle important dans la création de l’univers.

Le deuxième run du LHC (Run 2) a commencé en 2015 et a duré jusqu’en 2018. La récupération des données de la deuxième saison a fourni cinq fois plus de données que le Run 1.

Le troisième run verra 20 fois plus de crashs que le run 1.

« Nouvelle Physique »

Après la découverte du boson de Higgs, les scientifiques ont commencé à utiliser les données collectées comme un outil pour regarder au-delà du modèle standard, qui est actuellement la meilleure théorie des éléments de base les plus élémentaires de l’univers et de ses interactions.

Les scientifiques du CERN disent qu’ils ne savent pas ce que révélera le run 3 ; l’espoir est d’utiliser les collisions pour mieux comprendre ce qu’on appelle la « matière noire ».

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On pense que ces particules difficiles à détecter et attendues constituent la majeure partie de l’univers, mais sont complètement invisibles car elles n’absorbent, ne réfléchissent ni n’émettent de lumière.

Luca Malgeri, un scientifique du CERN, a déclaré à Reuters: « Les scientifiques du CERN espèrent qu’il pourrait être visible, même en un coup d’œil, dans les débris de milliards de collisions, comme le boson de Higgs. »

Roul Dennel

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