Le collisionneur de particules le plus puissant au monde, le Large Hadron Collider (LHC), commencera à écraser des protons les uns contre les autres à des niveaux d’énergie sans précédent à partir du 5 juillet.
Les scientifiques enregistreront et analyseront les données, qui devraient apporter des preuves de la “nouvelle physique” – ou de la physique au-delà du modèle standard de la physique des particules, qui explique comment les éléments constitutifs de base de la matière interagissent, régis par quatre forces fondamentales.
Le LHC
Le Large Hadron Collider est une machine géante et complexe conçue pour étudier les particules qui sont les plus petits éléments constitutifs connus de toutes choses.
Structurellement, il s’agit d’une boucle de voie de 27 km de long enfouie à 100 mètres sous terre à la frontière franco-suisse. Dans son état opérationnel, il tire deux faisceaux de protons presque à la vitesse de la lumière dans des directions opposées à l’intérieur d’un anneau d’électroaimants supraconducteurs.
Le champ magnétique créé par les électroaimants supraconducteurs maintient les protons dans un faisceau étroit et les guide tout au long de leur parcours à travers les tubes de faisceau et finalement entrent en collision.
« Juste avant la collision, un autre type d’aimant est utilisé pour « serrer » les particules les unes contre les autres afin d’augmenter les risques de collision. Les particules sont si minuscules que la tâche de les faire entrer en collision revient à lancer deux aiguilles à 10 km de distance avec une telle précision qu’elles se rencontrent à mi-chemin », selon l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (à l’origine Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, ou CERN, en français), qui gère le complexe d’accélérateurs de particules qui abrite le LHC.
Étant donné que les puissants électroaimants du LHC transportent presque autant de courant qu’un éclair, ils doivent être maintenus au froid. Le LHC utilise un système de distribution d’hélium liquide pour maintenir ses composants critiques ultrafroids à moins 271,3 degrés Celsius, ce qui est plus froid que l’espace interstellaire. Compte tenu de ces exigences, il n’est pas facile de réchauffer ou de refroidir la gigantesque machine.
Dernière mise à jour
Trois ans après son arrêt pour maintenance et mises à niveau, le collisionneur a été rallumé en avril. Il s’agit de la troisième période d’exploitation du LHC et, à partir de mardi, il fonctionnera 24 heures sur 24 pendant quatre ans à des niveaux d’énergie sans précédent de 13 téraélectronvolts. (Un TeV est de 100 milliards, ou 10 à la puissance de 12 électrons volts. Un électron volt est l’énergie donnée à un électron en l’accélérant à travers 1 volt de différence de potentiel électrique.)
“Nous visons à produire 1,6 milliard de collisions proton-proton par seconde” pour les expériences ATLAS et CMS, a déclaré le responsable des accélérateurs et de la technologie du CERN, Mike Lamont, selon un rapport de l’AFP. Cette fois, les faisceaux de protons seront rétrécis à moins de 10 microns – un cheveu humain mesure environ 70 microns d’épaisseur – pour augmenter le taux de collision, a-t-il déclaré.
(ATLAS est la plus grande expérience de détection de particules à usage général au LHC ; l’expérience Compact Muon Solenoid (CMS) est l’une des plus grandes collaborations scientifiques internationales de l’histoire, avec les mêmes objectifs qu’ATLAS, mais qui utilise une conception de système d’aimant différente. )
Courses précédentes et découverte de “God Particle”
Il y a dix ans, le 4 juillet 2012, des scientifiques du CERN avaient annoncé au monde la découverte du boson de Higgs ou de la «particule divine» lors de la première exploitation du LHC. La découverte a conclu la quête de plusieurs décennies de la particule subatomique «porteuse de force» et a prouvé l’existence du mécanisme de Higgs, une théorie avancée au milieu des années soixante.
Cela a conduit Peter Higgs et son collaborateur François Englert à recevoir le prix Nobel de physique en 2013. Le boson de Higgs et son champ énergétique associé auraient joué un rôle vital dans la création de l’univers.
Le deuxième run du LHC (Run 2) a commencé en 2015 et a duré jusqu’en 2018. La deuxième saison de collecte de données a produit cinq fois plus de données que le Run 1.
Le troisième run verra 20 fois plus de collisions que le run 1.
“Nouvelle Physique”
Après la découverte du boson de Higgs, les scientifiques ont commencé à utiliser les données collectées comme un outil pour regarder au-delà du modèle standard, qui est actuellement la meilleure théorie des blocs de construction les plus élémentaires de l’univers et de leurs interactions.
Les scientifiques du CERN disent qu’ils ne savent pas ce que révélera le run 3 ; l’espoir est d’utiliser les collisions pour approfondir la compréhension de la soi-disant «matière noire».
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On pense que cette particule difficile à détecter et espérée constitue la majeure partie de l’univers, mais elle est complètement invisible car elle n’absorbe, ne réfléchit ni n’émet de lumière.
Luca Malgeri, un scientifique du CERN, a déclaré à Reuters : “Les scientifiques du CERN espèrent qu’il pourra être repéré, même fugitivement, dans les débris des milliards de collisions, tout comme le boson de Higgs l’a été.”
