Grand collisionneur de hadrons
Le LHC est l’accélérateur de particules le plus grand et le plus puissant du monde. C'est un anneau de 27 kilomètres de circonférence, formé de milliers d'aimants supraconducteurs et doté de structures accélératrices pour accroitre l'énergie des particules à chaque passage.
Le Grand collisionneur de hadrons (LHC) est l'accélérateur de particules le plus grand et le plus puissant du monde. Il accélère des protons ou des ions à une vitesse proche de celle de la lumière. La machine, entrée en service le 10 septembre 2008, est la dernière à être venue enrichir le complexe d’accélérateurs du CERN. Le LHC consiste en un anneau de 27 kilomètres de circonférence, jalonné d’aimants supraconducteurs et de structures accélératrices qui augmentent l’énergie des particules qui y circulent. Il se trouve au CERN, Organisation européenne pour la Recherche nucléaire, dans un tunnel situé à 100 mètres sous terre, de part et d’autre de la frontière franco-suisse, près de Genève (Suisse).
À l'intérieur de l'accélérateur, deux faisceaux de particules de haute énergie circulent à une vitesse proche de celle de la lumière avant d'entrer en collision. Les faisceaux circulent en sens opposé, dans des tubes distincts placés sous un vide très poussé (ultravide). Ils sont guidés le long de l'anneau de l'accélérateur par un puissant champ magnétique généré par des électroaimants supraconducteurs. Ces aimants comprennent des bobines faites à partir d’un câble électrique spécial qui, parce qu’il est à l’état supraconducteur, conduit l’électricité sans la moindre résistance ni perte d’énergie. Pour cela, les aimants doivent être refroidis à -271,3 °C, une température plus froide que celle de l’espace intersidéral. Aussi une grande partie de l’accélérateur est-elle reliée à un système de distribution d’hélium liquide, qui refroidit les aimants, ainsi que d'autres systèmes annexes.
Des milliers d’aimants de types et de taille différents guident les faisceaux le long de l’accélérateur. On utilise notamment 1 232 aimants dipolaires (de 15 mètres de long) pour courber les faisceaux et 392 aimants quadripolaires (de 5 à 7 mètres de long) pour concentrer les faisceaux. Juste avant la collision, un autre type d’aimant vient resserrer les particules et ainsi augmenter la probabilité des collisions. Réaliser une collision entre des particules aussi minuscules exige une précision comparable à celle qu’il faudrait pour faire se percuter deux aiguilles éloignées de 10 km l’une de l’autre.
Tous les systèmes servant à contrôler l’accélérateur, ses services et son infrastructure technique sont regroupés au Centre de contrôle du CERN. C’est depuis ce centre que les faisceaux du LHC sont guidés pour entrer en collision en quatre points de l'anneau où se situent quatre détecteurs de particules – ATLAS, CMS, ALICE et LHCb. Neuf expériences sont installées auprès du LHC : ALICE, ATLAS, CMS, LHCb, LHCf, TOTEM, MoEDAL-MAPP, FASER et SND@LHC. Ces expériences utilisent des détecteurs pour analyser la myriade de particules produites lors des collisions dans l’accélérateur. Elles sont conduites par des collaborations de scientifiques provenant d’instituts du monde entier.
Que se passe-t-il au LHC ?
Saviez-vous que vous pouvez suivre en direct ce qui se passe dans l'accélérateur le plus puissant du monde ? « LHC Page 1 » donne un aperçu en temps réel des opérations au Grand collisionneur de hadrons. Vous pouvez ainsi voir ce qu'il s'y passe comme nos scientifiques quand ils étudient les frontières de la physique.