Lorsque l’on parle des constructions scientifiques les plus incroyables au monde, le LHC est bien souvent placé en tête. Ce Grand collisionneur de hadrons est un tunnel de près de 27 kilomètres de long à la frontière franco-suisse. C’est là qu’ont lieu des expériences extrêmement pointues visant à accélérer des particules à une vitesse proche de celle de la lumière pour réussir à comprendre le fonctionnement de la matière.
Le « Long shutdown 3 » pour passer en haute luminosité
Mais d’ici la fin du mois, cette installation majeure va fermer ses portes pour quatre ans. L’annonce avait été faite il y a déjà quelques mois et deviendra effective le 29 juin. Il s’agit d’une procédure ordinaire au Cern, l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire qui a la charge de l’installation. Désignée sous l’acronyme de LS3 pour « Long shutdown 3 », cette période de fermeture doit servir à moderniser et à améliorer le LHC. D’autres fermetures similaires avaient déjà eu lieu en 2015 puis en 2018.
La différence est que les précédentes fermetures avaient été plus courtes, autour des deux ans. Tandis qu’ici, le LHC ne rouvrira pas ses portes avant 2030. Il faut dire que l’enjeu est grand car il s’agit de faire évoluer le LHC qui deviendra… le HL-LHC. Il s’agit ici d’un grand collisionneur de hadrons à haute luminosité.
Le principe de fonctionnement reste globalement le même sauf que la luminosité du collisionneur est augmentée, ce qui lui permet de voir davantage de phénomènes qui pouvaient lui échapper jusque-là. Ou alors de percevoir avec plus de détails les collisions qu’il avait déjà réussi à capter auparavant.
1,2 kilomètre de tunnel à remplacer
La performance du LHC se mesure à sa « luminosité », qui définit sa capacité à provoquer un maximum de collisions. Le volume global de données ainsi récoltées se calcule en femtobarns inverses : un indicateur crucial pour débusquer les phénomènes physiques les plus discrets.
Sur son site, le Cern prend en exemple le Boson de Higgs, découverte majeure de 2012 que l’on doit au LHC, et qui a énormément fait avancer la recherche sur la physique. « À titre d’exemple, le LHC à haute luminosité pourrait produire environ 380 millions de bosons de Higgs à comparer aux 55 millions de bosons de Higgs environ produits depuis le démarrage du LHC. »
Mais avant d’y parvenir, la route est encore longue. Le projet de HL-LHC est financé depuis déjà 2011, et les travaux préparatoires se sont étalés sur plus d’une décennie, avec quelques retards.
Il faut dire que c’est un chantier de grande ampleur. Pas question de toucher à la structure en béton du tunnel de 27 kilomètres, mais ses composants internes vont être totalement remplacés sur une portion cumulée de 1,2 kilomètre afin d’y intégrer la technologie de la haute luminosité.
Cela devrait permettre de multiplier par 10 la quantité de données récoltées. D’après Mark Thomson, le directeur du Cern, il s’agit du plus gros chantier de l’organisation sur ces vingt dernières années.
Durant les quatre prochaines années, les techniciens du CERN vont donc remplacer les équipements de ce tronçon par le nouveau matériel. Cela comprend des aimants plus puissants, jusqu’à 12 teslas (l’unité de mesure des champs magnétiques) contre 8 actuellement. Mais aussi des cavités qui visent à incliner les faisceaux pour maximiser le nombre de collisions. Sans oublier un système de cryogénie pour réaliser des circuits de refroidissement capables d’atteindre les 1,8 kelvin, soit -271 degrés Celsius, tout proche du zéro absolu.
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