Résumé :
Le Centre européen pour la recherche nucléaire (CERN) a officiellement lancé la plus importante série de mises à niveau du Grand collisionneur de hadrons (LHC). Alors que la première connexion magnétique était rompue, le plus grand accélérateur de particules au monde a commencé à entrer dans la phase de démontage et de remplacement, ouvrant la voie à l'ère future du « Grand collisionneur de hadrons à haute luminosité » (HiLumi LHC).
Le Grand collisionneur de hadrons mesure 27 kilomètres de long et entoure la frontière souterraine entre la France et la Suisse. Des milliers de types différents d'aimants supraconducteurs sont déployés à l'intérieur, notamment des aimants dipolaires, des aimants quadripolaires, des aimants hexapolaires, des aimants octupôles et des aimants décapolaires. Ces aimants partagent la tâche importante de guider, contrôler et comprimer le faisceau de particules.
Le type d'équipement le plus critique est appelé « jeu d'aimants tripolaires internes ». Ils se composent de trois aimants quadripolaires installés des deux côtés des quatre principaux dispositifs expérimentaux du Grand collisionneur de hadrons. Son rôle est de comprimer le faisceau de particules dans une plage aussi petite que possible avant que les particules n'entrent dans le détecteur et n'entrent en collision.
Plus le faisceau de particules est compressé étroitement, plus la probabilité de collision est élevée. La fréquence à laquelle ces collisions se produisent est appelée « luminosité ». Pour les expériences de physique des particules, plus la luminosité est élevée, plus de données peuvent être obtenues, aidant ainsi les scientifiques à étudier plus en profondeur les lois physiques les plus fondamentales de l'univers.
Afin d'atteindre les futurs objectifs de fonctionnement à haute luminosité, les aimants tripolaires internes existants doivent être remplacés par une nouvelle génération de dispositifs plus puissants. Cette opération constitue l'un des projets phares du troisième plan de maintenance à l'arrêt de longue durée (LS3).
Ce mois-ci, l'équipe d'ingénierie a coupé le premier ensemble de connexions magnétiques, marquant le début officiel des travaux de remplacement de l'aimant. Mark Thomson, directeur général du CERN, s'est également rendu spécialement au premier point du LHC, où se trouve la zone expérimentale d'ATLAS, pour observer ce nœud important.
Selon le plan du projet, 16 systèmes cryostat et 28 composants cryogéniques seront installés à l'avenir dans le Grand collisionneur de hadrons. Le premier des nouveaux aimants quadripolaires devrait être transporté dans le tunnel et installé début 2029.
Le plus grand point fort de cette mise à niveau vient de la nouvelle génération de technologie d'aimant supraconducteur.
Les aimants internes à trois pôles actuellement utilisés utilisent principalement des matériaux supraconducteurs niobium-titane, tandis que les nouveaux équipements à l'avenir utiliseront des bobines supraconductrices niobium-étain plus avancées. Grâce à ce matériau, le nouvel aimant peut générer une intensité de champ magnétique allant jusqu'à 11,3 Tesla, soit environ 40 % de plus que l'équipement existant.
Des champs magnétiques plus puissants signifient que les faisceaux de particules peuvent être davantage compressés, augmentant ainsi considérablement la fréquence des collisions. C’est l’objectif principal du programme High-Luminosity Large Hadron Collider.
Selon les indicateurs de conception, le système mis à niveau permettra aux deux expériences majeures ATLAS et CMS d'obtenir beaucoup plus de données qu'au stade actuel. Dans les prochaines années, les chercheurs espèrent utiliser ces données pour mesurer plus précisément les propriétés du boson de Higgs, rechercher des signes de matière noire et explorer de nouveaux phénomènes physiques au-delà du modèle standard.
Il convient de noter que toutes les zones expérimentales ne nécessitent pas le remplacement de l'aimant tripolaire interne.
Étant donné que les expériences ALICE et LHCb ont des objectifs de recherche et des méthodes de fonctionnement différents de ceux d'ATLAS et de CMS, leurs aimants tripolaires internes existants continueront d'être conservés. Cependant, ces expériences feront toujours l’objet d’améliorations complémentaires afin de tirer pleinement parti des futures améliorations globales de la luminosité.
Depuis début septembre, l'équipe d'ingénierie a progressivement démantelé les grands composants des accélérateurs proches d'ATLAS et de CMS. L'équipement retiré cette fois comprenait 28 aimants supraconducteurs, y compris le système tripolaire du noyau impliqué dans le projet de mise à niveau.
Le CERN a déclaré que cette mise à niveau est l'un des projets de modification à grande échelle les plus complexes de l'histoire du Grand collisionneur de hadrons. Alors que les travaux de démantèlement commencent officiellement, ce dispositif scientifique qui a aidé l'humanité à découvrir le boson de Higgs entrera progressivement dans une nouvelle ère de haute luminosité, offrant des capacités expérimentales plus puissantes pour la recherche en physique fondamentale au cours des prochaines décennies.
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