Nous suivre Industrie Techno

Dans les entrailles du LHC, la cathédrale de la physique

Sophie Eustache

Sujets relatifs :

,
Soyez le premier à réagir

Soyez le premier à réagir

Dans les entrailles du LHC, la cathédrale de la physique

Accélérateur de particules, composé d'aimants électromagnétiques.

© Pascal Guittet

En maintenance depuis 2013, le LHC situé au CERN (Conseil européen pour la recherche nucléaire) nous a ouvert ses portes mardi 3 juin. Derrière la découverte du Boson de Higgs se cache un accélérateur de particule de 27 kilomètres de circonférence, sur lequel viennent se greffer quatre détecteurs. Atlas est l’un des détecteurs qui a permis la découverte du Boson.

A cheval sur la Suisse et la France, le LHC (grand collisionneur de hadrons) a été construit non pas aux pieds des montagnes, mais plutôt à leur racine. Le tunnel circulaire, d’une circonférence de 27 kilomètres, a été enfoui entre 50 et 150 mètres sous terre, entre les montagnes du Jura français et le Lac Léman. Pour atteindre le tunnel, où les techniciens et les ingénieurs travaillent actuellement à améliorer le LHC, en consolidant les circuits, les jonctions électriques et les interconnexions supraconductrices des aimants, il faut prendre un ascenseur qui descend les 80 mètres de profondeur en quelques secondes. Des sas de sécurités contrôlent et limitent les accès.

Dans le tunnel, plusieurs techniciens s’activent autour d’un aimant. Le LHC est formé de milliers d’aimants supraconducteurs, lesquels fonctionnent dans un environnement ultravide et à une température proche du zéro absolu ( - 273,15 °C). Deux faisceaux tournent en sens inverse ; le rôle des aimants étant de les diriger en sorte qu’ils se percutent. Chaque faisceau est composé de 3 000 paquets contenant chacun 100 milliards de particules. La probabilité que les particules se percutent est infime, ainsi quand les paquets se croisent, seules 20 collisions se produisent parmi les 200 milliards de particules. En revanche, les paquets se croisent environ trente millions de fois par seconde, ce qui génèrent tout de même 600 millions de collisions par seconde.

Des collisions sous haute surveillance

Les collisions sont surveillées par quatre détecteurs, situés de part et d’autre de la frontière franco-suisse : Atlas, Alice (étudie les plasmas de quarks et de gluons), le LHCb (étudie l’anti-matière) et le CMS. « Les détecteurs enregistrent les informations sur les particules issues des collisions, c’est-à-dire des données sur les trajectoires, les énergies, les charges des particules », explique Corinne Pralavorio, chargée de communication au CERN.

Le rôle des aimants supraconducteurs

Le LHC est composé de 9 600 aimants supraconducteurs, répartis en deux familles : des aimants bipoles et des aimants quadripoles, ces derniers focalisant le faisceau de particules. Le champ électrique qui accélère les particules est produit par des cavités résonantes qui émettent des ondes radiofréquences, - la vitesse du faisceau atteint 99,99 % de la vitesse de la lumière -, tandis que le champ magnétique qui les guide et les focalise est produit par des électro-aimants. « On travaille aujourd’hui à faire un aimant qui a un champs magnétique plus puissant, atteignant 11 tesla », explique Juan Carlos Perez, ingénieur technique du CERN. Pour atteindre 11 tesla, les ingénieurs traitent du niobium d’étain à 600 degrés, afin d’obtenir un niobium 3 étain (Nb3Sn). Augmenter la puissance du champs magnétique des aimants permet de focaliser avec plus de précision le faisceau et d'augmenter ainsi le nombre de collisions.

 

Depuis la découverte du Boson de Higgs, Atlas est le plus médiatique d’entre tous. Située côté Suisse, l’entrée est abritée par un hall de béton. Là-aussi, on ne lésine pas sur la sécurité. La porte est protégée par un système biométrique, chargé de lire la rétine. Après avoir passé le portique de sécurité et s’être muni d’un casque, on accède par un ascenseur à la caverne qui abrite le détecteur, 100 mètres sous terre.

La cathédrale de la physique des particules

Atlas a l’envergure d’une cathédrale, une cathédrale sortie tout droit d’un livre de science-fiction. Bardé d’aimants et de circuits, il mesure 46 mètres de long, 25 mètres de large et de haut, et pèse 1 600 tonnes. Il s’agit du plus grand détecteur jamais construit. Il est doté de plusieurs détecteurs de muons -  ces particules générées quand le Boson de Higgs se détruit - d’un aimant solénoïde supraconducteur qui entoure la cavité contenant le détecteur interne (tracking), et de toroïdes supraconducteurs à air, constitués de 8 bobines indépendantes disposées autour des calorimètres, chargés de mesurer l'énergie emportée par les particules.  Les expériences menées sur Atlas et le CMS ont permis de valider l’existence du Boson de Higgs. Le chaînon manquant du modèle standard de la physique des particules, qui permettrait d’expliquer l’origine des masses des particules de la matière. Aujourd’hui Atlas est au repos, il reprendra du service en 2015, pour continuer à percer les secrets de la matière.

Photos : Pascal Guittet, Texte : Sophie Eustache

Bienvenue !

Vous êtes désormais inscrits. Vous recevrez prochainement notre newsletter hebdomadaire Industrie & Technologies

Nous vous recommandons

Moteur ionique, imprimante 3D volante, éolienne XXL… les meilleures innovations de la semaine

Moteur ionique, imprimante 3D volante, éolienne XXL… les meilleures innovations de la semaine

Quelles sont les innovations qui vous ont le plus marqués au cours des sept derniers jours ? Cette semaine, vous avez aimé le prototype[…]

ScanPyramids : les instruments du CEA à l’épreuve du désert égyptien

ScanPyramids : les instruments du CEA à l’épreuve du désert égyptien

Médaille d'or du CNRS : les technologies qui ont permis la détection des ondes gravitationnelles expliquées par leurs concepteurs

Médaille d'or du CNRS : les technologies qui ont permis la détection des ondes gravitationnelles expliquées par leurs concepteurs

Et les lauréats du concours i-Lab de création d'entreprises innovantes sont...

Et les lauréats du concours i-Lab de création d'entreprises innovantes sont...

Plus d'articles