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Mais où vont donc tous les protons ?

La chaîne des accélérateurs qui préparent les faisceaux pour le LHC alimente en parallèle une myriade d’expériences

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Mais où vont donc tous les protons ?

Distribution des protons par le complexe d'accélérateurs aux différentes zones d'expérimentation du CERN. (Image : Daniel Dominguez/CERN)

Pendant que le Grand collisionneur de hadrons (LHC) prend une pause technique, les particules poursuivent leur course folle dans les autres accélérateurs. La chaîne de quatre accélérateurs qui alimente le LHC fournit en effet des particules à plusieurs zones d’expérimentation, comptant une myriade d’expériences.

LINAC2
Le voyage des protons commence dans l'accélérateur linéaire Linac 2, où ils sont propulsés à un tiers de la vitesse de la lumière. (Image : Maximilien Brice/CERN)

 

D’ailleurs, même lorsque le LHC fonctionne, les autres zones d’expérimentation consomment quasiment toutes les particules, comme le montre ce diagramme. Le grand collisionneur utilise moins de 0,1% des protons préparés par le complexe d’accélérateurs. La raison principale est que le LHC est un anneau de stockage : les faisceaux restent dans la boucle des heures durant, produisant des collisions à chaque révolution. Ce n’est pas le cas des autres machines du CERN qui envoient des faisceaux sur des cibles fixes, opération qu’il faut renouveler pour chaque prise de données.

Tous les protons commencent leur voyage dans l’accélérateur linéaire Linac 2, puis sont propulsés à un tiers de la vitesse de la lumière dans le Booster du Synchotron à protons (PSB). À partir de là, les routes se séparent.

Plus de la moitié des protons sont envoyés vers ISOLDE, l’installation de recherche en physique nucléaire. ISOLDE alimente plusieurs zones d’expérimentation qui accueillent chaque année de nombreuses expériences dans des domaines allant de la physique fondamentale à la science des matériaux, en passant par la production d’isotopes pour la médecine. L’an passé ISOLDE a ainsi fourni des particules à 46 expériences.

ISOLDE,Experiment,Experiments and Tracks
Miniball, l'une des installations expérimentales d'ISOLDE. L’installation de recherche en physique nucléaire ISOLDE consomme plus de la moitié des protons préparés par le complexe d'accélérateurs pour mener de nombreuses expériences dans des domaines allant de de la physique fondamentale à la science des matériaux, en passant par la production d’isotopes pour la médecine (Image : Julien Ordan/CERN)

Le reste des particules issues Booster du PS rejoint le Synchrotron à protons (PS) qui nourrit trois autres zones d’expérimentation : l’installation spécialisée dans l’étude de l’antimatière (Décélérateur d’antiprotons - AD), la zone d’expérimentation Est, qui compte notamment l’expérience CLOUD sur l’étude de la formation des nuages, et enfin n_TOF, une autre installation de physique nucléaire.

Le PS transmet une petite partie de ses protons au Supersynchroton à protons (SPS) qui en envoie la plupart vers la zone d’expérimentation Nord. Plusieurs expériences à cibles fixes telles que COMPASS ou NA62 y prennent des données. C’est ainsi qu’au final le LHC ne reçoit qu’une infime partie des particules.

En 2016, le complexe d’accélérateurs du CERN a accéléré 134 milliards de milliards de protons (1,34 x 1020). Ce nombre paraît gigantesque, mais il correspond en réalité à une toute petite quantité de matière, équivalent à peu près au nombre de protons dans un grain de sable. Les protons sont tellement minuscules que cela suffit à alimenter toutes les expériences.

Le LHC sera remis en marche ce soir. Après un week-end de réglages, la collecte de données pour la physique devrait reprendre lundi.

SPS,tunnel
Le Supersynchrotron à protons (SPS) est le dernier maillon de la chaîne des accélérateurs avant le LHC. Il alimente également la zone d'expérimentation Nord où se trouvent plusieurs expériences et un hall de test pour de futurs équipements. (Image : Piotr Traczyk/CERN)