Le CERN a franchi une étape importante dans la progression du projet Grand collisionneur de hadrons à haute luminosité (HiLumi LHC), avec le début du refroidissement cryogénique à 1,9 K (‑271,3 °C) d’un banc d’essai de 95 m de longueur. Cette installation est une réplique grandeur nature des éléments innovants qui seront utilisés pour la transformation du LHC au cours des prochaines années. Le banc d’essai servira à tester le nouveau système d’aimants (les aimants de focalisation des triplets internes) et son infrastructure complexe, essentiels pour la version améliorée du LHC, dont la mise en route est prévue pour 2030.
L’été prochain aura lieu le lancement de quatre années de travaux de grande envergure au cours du troisième long arrêt (LS3), visant à transformer l’accélérateur en machine à haute luminosité, ce qui ouvrira de nouvelles perspectives pour la physique des hautes énergies. Grâce au LHC à haute luminosité, le nombre de collisions de particules (c’est-à-dire la « luminosité ») sera multiplié par dix, ce qui augmentera très fortement le volume de données de physique disponibles pour la recherche. Ce bond en avant permettra d’étudier avec une précision inédite le comportement du boson de Higgs et d’autres particules élémentaires, voire éventuellement de découvrir de nouveaux phénomènes rares.
« On ne soulignera jamais assez l’importance et l’intérêt du LHC à haute luminosité. C’est le plus grand projet entrepris par le CERN depuis 20 ans, explique Mark Thomson, directeur général du CERN. Associé aux nouveaux outils de gestion de données et aux détecteurs améliorés, il permettra d’étudier pour la première fois comment le boson de Higgs interagit avec lui-même : cette mesure clé pourrait nous aider à faire la lumière sur les premiers instants de l’Univers et son évolution. Le LHC à haute luminosité servira également à explorer de nouveaux horizons, et pourrait conduire à des découvertes inattendues. C’est tout l’intérêt de sonder l’inconnu : on ne sait pas ce qui s’y trouve. »
Nombre des technologies développées pour le LHC à haute luminosité n’ont jamais encore été utilisées dans un accélérateur de protons : c’est le cas des cavités-crabes supraconductrices, qui infléchissent les faisceaux de particules avant leur entrée en collision, des collimateurs à cristaux, qui éliminent les particules s’écartant du faisceau, ou encore des lignes de transfert électriques supraconductrices à haute température, conçues pour alimenter les aimants de la machine aussi efficacement que possible. Autre technologie novatrice, les aimants de focalisation des triplets internes sont constitués d’un matériau supraconducteur à base de niobium et d’étain (Nb3Sn), grâce auquel il est possible d’atteindre des champs magnétiques plus élevés qu’avec les aimants du LHC actuel, composés de niobium-titane (NbTi). Ces nouveaux aimants seront installés de part et d’autre des expériences ATLAS et CMS, avec de nouveaux systèmes de cryogénie, d’alimentation, de protection et d’alignement et, tout comme les aimants du LHC, ils fonctionneront à la température de 1,9 K (-271.3 °C).
Afin que l’intégration se fasse en douceur, le CERN a construit, dans un hall de test en surface, un banc d’essai grandeur nature (appelé chaîne de triplets internes) qui reproduit la configuration souterraine. « Tous les systèmes ont déjà été testés séparément. La chaîne de triplets internes servira à valider leur intégration et leur performance collective dans des conditions opérationnelles, explique Oliver Brüning, directeur des accélérateurs et de la technologie au CERN. Connecter et faire fonctionner l’ensemble des équipements de la chaîne de triplets internes nous permettra d’optimiser nos processus avant l’installation des éléments dans le tunnel. Nous serons ainsi bien préparés pour une installation efficace et sans heurts . »
Les deux grandes expériences au LHC, ATLAS et CMS, feront également l’objet d’améliorations majeures, le but étant d’exploiter tout le potentiel scientifique des collisions produites au LHC à haute luminosité. Ces travaux seront réalisés en étroite collaboration avec des centaines d’organismes dans le monde. Par ailleurs, l’ensemble du complexe d’accélérateurs et des expériences associées feront l’objet de diverses mises à niveau. Tout cela confortera la place du CERN au premier plan de la physique des hautes énergies.
Le projet LHC à haute luminosité est mené par le CERN avec le soutien d’une collaboration internationale rassemblant près de 50 instituts de plus de 20 pays, en grande majorité situés en Europe. Outre les financements apportés par les États membres et les États membres associés, le projet bénéficie de contributions spéciales de l’Italie, de l’Espagne, de la Suède, du Royaume-Uni, de la Serbie et du Pakistan, et de plusieurs États non-membres, en particulier les États-Unis, le Japon, le Canada et la Chine.
Le refroidissement du banc d’essai de la chaîne de triplets internes, réalisé à l’aide d’un système de réfrigération complexe comportant un réseau de distribution d’hélium liquide, devrait prendre plusieurs semaines.
Plus d'informations :
Le kit numérique (en anglais) pour les médias à propos de HiLumi LHC est là.