Le LHC (Large Hadron Collider, LHC) est le plus grand accélérateur de particules au monde, situé à la frontière franco-suisse à Genève et propriété du CERN. L’objectif principal de la construction du Grand collisionneur de hadrons était de rechercher le boson de Higgs, la particule insaisissable qui constitue le dernier élément du modèle standard. Le collisionneur a accompli sa tâche : les physiciens ont effectivement découvert une particule élémentaire aux énergies prédites. De plus, le LHC fonctionnera dans cette plage de luminosité et fonctionnera comme le font habituellement les objets spéciaux : à la demande des scientifiques. Souvenez-vous, la mission d'un mois et demi du rover Opportunity a duré 10 ans.

Maintenant que les scientifiques ont découvert le boson de Higgs, ils vont rechercher une cible encore plus insaisissable : la matière noire. Nous sommes entourés de matière noire et d'énergie noire - des substances invisibles qui relient les galaxies, mais ne se révèlent en aucune façon. Le nouvel article présente une méthode innovante pour rechercher la matière noire à l'aide du Grand collisionneur de hadrons en exploitant la vitesse relativement lente d'une particule potentielle.

L'histoire de la création de l'accélérateur, que nous connaissons aujourd'hui sous le nom de Large Hadron Collider, remonte à 2007. Initialement, la chronologie des accélérateurs a commencé avec le cyclotron. L'appareil était un petit appareil qui tenait facilement sur la table. Ensuite, l’histoire des accélérateurs a commencé à se développer rapidement. Le synchrophasotron et le synchrotron sont apparus.

Dans l’histoire, la période la plus intéressante est peut-être celle de 1956 à 1957. A cette époque, la science soviétique, en particulier la physique, n'était pas en reste par rapport à ses frères étrangers. Fort de ses années d'expérience, un physicien soviétique nommé Vladimir Veksler a réalisé une percée scientifique. Il créa le synchrophasotron le plus puissant de l'époque. Sa puissance de fonctionnement était de 10 gigaélectronvolts (10 milliards d'électronvolts). Après cette découverte, de sérieux échantillons d'accélérateurs ont été créés : le grand collisionneur électron-positon, l'accélérateur suisse, en Allemagne, aux USA. Ils avaient tous un objectif commun : l’étude des particules fondamentales des quarks.

Le Grand collisionneur de hadrons a été créé principalement grâce aux efforts d'un physicien italien. Il s'appelle Carlo Rubbia, lauréat du prix Nobel. Au cours de sa carrière, Rubbia a travaillé comme directeur à l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire. Il a été décidé de construire et de lancer un collisionneur de hadrons sur le site du centre de recherche.

Où est le collisionneur de hadrons ?

Le collisionneur est situé à la frontière entre la Suisse et la France. Sa circonférence est de 27 kilomètres, c'est pourquoi on l'appelle grande. L'anneau accélérateur va de 50 à 175 mètres de profondeur. Le collisionneur possède 1232 aimants. Ils sont supraconducteurs, ce qui signifie qu'ils peuvent générer un champ d'accélération maximal, car de tels aimants n'ont pratiquement aucune consommation d'énergie. Le poids total de chaque aimant est de 3,5 tonnes pour une longueur de 14,3 mètres.

Comme tout objet physique, le Grand collisionneur de hadrons génère de la chaleur. Il doit donc être constamment refroidi. Pour y parvenir, la température est maintenue à 1,7 K grâce à 12 millions de litres d’azote liquide. De plus, 700 000 litres sont utilisés pour le refroidissement et, surtout, une pression dix fois inférieure à la pression atmosphérique normale est utilisée.

Une température de 1,7 K sur l’échelle Celsius équivaut à -271 degrés. Cette température est presque proche de ce qu’on appelle la limite minimale possible que peut avoir un corps physique.

L'intérieur du tunnel n'est pas moins intéressant. Il existe des câbles niobium-titane dotés de capacités supraconductrices. Leur longueur est de 7 600 kilomètres. Le poids total des câbles est de 1 200 tonnes. L'intérieur du câble est constitué d'un tissage de 6 300 fils d'une distance totale de 1,5 milliard de kilomètres. Cette longueur est égale à 10 unités astronomiques. Par exemple, cela équivaut à 10 de ces unités.

Si l'on parle de sa situation géographique, on peut dire que les anneaux du collisionneur se situent entre les villes de Saint-Genis et Forney-Voltaire, situées du côté français, ainsi que Meyrin et Vessourat, du côté suisse. Un petit anneau appelé PS s’étend le long du diamètre de la bordure.

Le sens de l'existence

Afin de répondre à la question « à quoi sert un collisionneur de hadrons », vous devez vous tourner vers les scientifiques. De nombreux scientifiques affirment qu’il s’agit de la plus grande invention de toute l’histoire de la science et que sans elle, la science telle que nous la connaissons aujourd’hui n’a tout simplement aucun sens. L’existence et le lancement du Large Hadron Collider sont intéressants car lorsque des particules entrent en collision dans le collisionneur de hadrons, une explosion se produit. Toutes les plus petites particules se dispersent dans des directions différentes. De nouvelles particules se forment et peuvent expliquer l’existence et la signification de nombreuses choses.

La première chose que les scientifiques ont essayé de trouver dans ces particules écrasées était une particule élémentaire théoriquement prédite par le physicien Peter Higgs, appelée Cette particule étonnante est porteuse d'informations, croit-on. On l’appelle aussi communément la « particule de Dieu ». Sa découverte permettrait aux scientifiques de mieux comprendre l'univers. A noter qu'en 2012, le 4 juillet, le collisionneur de hadrons (son lancement a été partiellement réussi) a permis de découvrir une particule similaire. Aujourd’hui, les scientifiques tentent de l’étudier plus en détail.

Combien de temps...

Bien sûr, la question se pose immédiatement : pourquoi les scientifiques étudient-ils ces particules depuis si longtemps ? Si vous possédez un appareil, vous pouvez l'exécuter et récupérer de plus en plus de données à chaque fois. Le fait est que l’exploitation d’un collisionneur de hadrons est une proposition coûteuse. Un lancement coûte beaucoup d’argent. Par exemple, la consommation annuelle d'énergie est de 800 millions de kWh. Cette quantité d'énergie est consommée par une ville d'une population d'environ 100 000 habitants, selon les normes moyennes. Et cela n'inclut pas les frais de maintenance. Une autre raison est que dans le collisionneur de hadrons, l'explosion qui se produit lorsque des protons entrent en collision est associée à la réception d'une grande quantité de données : les ordinateurs lisent tellement d'informations que leur traitement prend beaucoup de temps. Même si la puissance des ordinateurs qui reçoivent des informations est grande, même selon les normes actuelles.

La raison suivante n'est pas moins connue. Les scientifiques travaillant avec le collisionneur dans cette direction sont convaincus que le spectre visible de l'univers entier n'est que de 4 %. On suppose que les autres sont la matière noire et l’énergie noire. Ils tentent de prouver expérimentalement que cette théorie est correcte.

collisionneur de hadrons : pour ou contre

La théorie avancée de la matière noire a semé le doute sur la sécurité du collisionneur de hadrons. La question s’est posée : « Collisionneur de hadrons : pour ou contre ? Il a inquiété de nombreux scientifiques. Tous les grands esprits du monde sont divisés en deux catégories. Les «opposants» avancent une théorie intéressante selon laquelle si une telle matière existe, alors elle doit avoir une particule opposée. Et lorsque des particules entrent en collision dans l’accélérateur, une partie sombre apparaît. Il y avait un risque que la partie sombre et la partie que nous voyons entrent en collision. Cela pourrait alors conduire à la mort de l’univers entier. Cependant, après le premier lancement du collisionneur de hadrons, cette théorie a été partiellement brisée.

Vient ensuite en importance l’explosion de l’univers, ou plutôt la naissance. On pense que lors d'une collision, il est possible d'observer comment l'univers s'est comporté dans les premières secondes de son existence. La façon dont il était apparu après l’origine du Big Bang. On pense que le processus de collision de particules est très similaire à celui qui s'est produit au tout début de l'univers.

Une autre idée tout aussi fantastique que les scientifiques testent concerne les modèles exotiques. Cela semble incroyable, mais il existe une théorie qui suggère qu’il existe d’autres dimensions et univers avec des personnes semblables à nous. Et curieusement, l'accélérateur peut aussi aider ici.

En termes simples, le but de l'accélérateur est de comprendre ce qu'est l'univers, comment il a été créé, et de prouver ou de réfuter toutes les théories existantes sur les particules et les phénomènes associés. Bien sûr, cela prendra des années, mais à chaque lancement, de nouvelles découvertes émergent qui révolutionnent le monde scientifique.

Faits sur l'accélérateur

Tout le monde sait qu’un accélérateur accélère les particules jusqu’à 99 % de la vitesse de la lumière, mais peu de gens savent que ce pourcentage est de 99,9999991 % de la vitesse de la lumière. Cette figurine étonnante prend tout son sens grâce à son design parfait et à ses puissants aimants d'accélération. Il y a aussi quelques faits moins connus à noter.

Les quelque 100 millions de flux de données provenant de chacun des deux détecteurs principaux pourraient remplir plus de 100 000 CD-ROM en quelques secondes. En seulement un mois, le nombre de disques atteindrait une telle hauteur que s’ils étaient empilés, ils suffiraient à atteindre la Lune. Par conséquent, il a été décidé de collecter non pas toutes les données provenant des détecteurs, mais uniquement celles qui pourront être utilisées par le système de collecte de données, qui agit en fait comme un filtre pour les données reçues. Il a été décidé de n'enregistrer que 100 événements survenus au moment de l'explosion. Ces événements seront enregistrés dans les archives du centre informatique du Grand collisionneur de hadrons, situé dans le Laboratoire européen de physique des particules, qui abrite également l'accélérateur. Ce qui sera enregistré ne seront pas les événements enregistrés, mais ceux qui intéressent le plus la communauté scientifique.

Post-traitement

Une fois enregistrées, des centaines de kilo-octets de données seront traitées. À cette fin, plus de deux mille ordinateurs situés au CERN sont utilisés. La tâche de ces ordinateurs est de traiter les données primaires et de constituer à partir de celles-ci une base de données qui sera pratique pour une analyse plus approfondie. Ensuite, le flux de données généré sera envoyé au réseau informatique GRID. Ce réseau Internet fédère des milliers d'ordinateurs répartis dans différents instituts à travers le monde et relie plus d'une centaine de grands centres répartis sur trois continents. Tous ces centres sont connectés au CERN par fibre optique pour des vitesses de transfert de données maximales.

Parlant de faits, il faut également mentionner les indicateurs physiques de la structure. Le tunnel de l'accélérateur est dévié de 1,4 % par rapport au plan horizontal. Cela a été fait principalement dans le but de placer la majeure partie du tunnel de l'accélérateur dans une roche monolithique. Ainsi, la profondeur de placement sur les côtés opposés est différente. Si l'on compte du côté du lac, situé près de Genève, la profondeur sera de 50 mètres. La partie opposée a une profondeur de 175 mètres.

Ce qui est intéressant, c’est que les phases lunaires affectent l’accélérateur. Il semblerait qu'un objet aussi éloigné puisse influencer à une telle distance. Cependant, il a été observé que lors de la pleine lune, lorsque la marée se produit, le terrain de la région genevoise s'élève jusqu'à 25 centimètres. Cela affecte la longueur du collisionneur. La longueur augmente ainsi de 1 millimètre et l'énergie du faisceau change également de 0,02 %. Puisque l’énergie du faisceau doit être contrôlée jusqu’à 0,002 %, les chercheurs doivent tenir compte de ce phénomène.

Il est également intéressant de noter que le tunnel du collisionneur a la forme d’un octogone et non d’un cercle comme beaucoup l’imaginent. Les coins sont créés par de courtes sections. Ils contiennent des détecteurs installés, ainsi qu'un système qui contrôle le faisceau de particules accélératrices.

Structure

Le collisionneur de hadrons, dont le lancement implique de nombreuses pièces et suscite beaucoup d’enthousiasme parmi les scientifiques, est un appareil étonnant. L'ensemble de l'accélérateur est constitué de deux anneaux. Le petit anneau s’appelle le Synchrotron à Protons ou, pour reprendre ses abréviations, PS. Le Grand Anneau est le Super Synchrotron à Protons, ou SPS. Ensemble, les deux anneaux permettent aux pièces d'accélérer jusqu'à 99,9 % de la vitesse de la lumière. Dans le même temps, le collisionneur augmente également l’énergie des protons, multipliant par 16 leur énergie totale. Il permet également aux particules d’entrer en collision les unes avec les autres environ 30 millions de fois/s. dans les 10 heures. Les 4 détecteurs principaux produisent au moins 100 téraoctets de données numériques par seconde. L'obtention de données est déterminée par des facteurs individuels. Par exemple, ils peuvent détecter des particules élémentaires qui ont une charge électrique négative et qui ont également un demi-spin. Ces particules étant instables, leur détection directe est impossible ; il est uniquement possible de détecter leur énergie, qui sera émise sous un certain angle par rapport à l'axe du faisceau. Cette étape est appelée le premier niveau de lancement. Cette étape est surveillée par plus de 100 cartes de traitement de données spéciales, dotées d'une logique de mise en œuvre intégrée. Cette partie du travail se caractérise par le fait que pendant la période d'acquisition des données, plus de 100 000 blocs de données sont sélectionnés par seconde. Ces données seront ensuite utilisées pour l’analyse, qui s’effectue à l’aide d’un mécanisme de niveau supérieur.

Au contraire, les systèmes du niveau suivant reçoivent des informations de tous les threads du détecteur. Le logiciel du détecteur fonctionne sur un réseau. Là, il utilisera un grand nombre d'ordinateurs pour traiter les blocs de données suivants, le temps moyen entre les blocs étant de 10 microsecondes. Les programmes devront créer des marques de particules correspondant aux points d'origine. Le résultat sera un ensemble de données généré composé d'impulsions, d'énergie, de trajectoire et autres survenues au cours d'un événement.

Pièces d'accélérateur

L’ensemble de l’accélérateur peut être divisé en 5 parties principales :

1) Accélérateur collisionneur électron-positon. La pièce se compose d'environ 7 000 aimants dotés de propriétés supraconductrices. Avec leur aide, le faisceau est dirigé à travers un tunnel circulaire. Ils concentrent également le faisceau en un seul flux dont la largeur est réduite à la largeur d'un cheveu.

2) Solénoïde à muons compact. Il s'agit d'un détecteur à usage général. Un tel détecteur est utilisé pour rechercher de nouveaux phénomènes et, par exemple, pour rechercher des particules de Higgs.

3) Détecteur LHCb. L'intérêt de cet appareil est de rechercher les quarks et leurs particules opposées - les antiquarks.

4) Installation toroïdale ATLAS. Ce détecteur est conçu pour détecter les muons.

5) Alice. Ce détecteur capture les collisions d’ions plomb et les collisions proton-proton.

Problèmes lors du lancement du Hadron Collider

Malgré le fait que la présence de la haute technologie élimine la possibilité d'erreurs, dans la pratique, tout est différent. Lors du montage de l'accélérateur, des retards et des pannes se sont produits. Il faut dire que cette situation n’était pas inattendue. L'appareil contient tellement de nuances et nécessite une telle précision que les scientifiques s'attendaient à des résultats similaires. Par exemple, l'un des problèmes auxquels les scientifiques ont été confrontés lors du lancement était la défaillance de l'aimant qui focalisait les faisceaux de protons juste avant leur collision. Ce grave accident a été provoqué par la destruction d'une partie de la fixation due à la perte de supraconductivité de l'aimant.

Ce problème s'est produit en 2007. Pour cette raison, le lancement du collisionneur a été reporté à plusieurs reprises et ce n'est qu'en juin que le lancement a eu lieu, près d'un an plus tard.

Le dernier lancement du collisionneur a été un succès, collectant plusieurs téraoctets de données.

Le collisionneur de hadrons, lancé le 5 avril 2015, fonctionne avec succès. Au cours d'un mois, les faisceaux circuleront autour de l'anneau, augmentant progressivement leur puissance. L’étude en tant que telle n’a aucun but. L'énergie de collision du faisceau sera augmentée. La valeur sera portée de 7 TeV à 13 TeV. Une telle augmentation nous permettra d’entrevoir de nouvelles possibilités dans les collisions de particules.

En 2013 et 2014 des inspections techniques sérieuses des tunnels, des accélérateurs, des détecteurs et d'autres équipements ont eu lieu. Le résultat fut 18 aimants bipolaires dotés d’une fonction supraconductrice. Il est à noter que leur nombre total est de 1232 pièces. Cependant, les aimants restants ne sont pas passés inaperçus. Pour le reste, les systèmes de protection contre le refroidissement ont été remplacés et des systèmes améliorés ont été installés. Le système de refroidissement magnétique a également été amélioré. Cela leur permet de rester à basse température à puissance maximale.

Si tout se passe bien, le prochain lancement de l'accélérateur n'aura lieu que dans trois ans. Après cette période, des travaux sont prévus pour améliorer et inspecter techniquement le collisionneur.

Il convient de noter que les réparations coûtent un joli centime, sans compter le coût. Le collisionneur de hadrons, en 2010, coûte 7,5 milliards d'euros. Ce chiffre place l’ensemble du projet au premier rang de la liste des projets les plus coûteux de l’histoire des sciences.

Il s'agit de rechercher des moyens de combiner deux théories fondamentales - le GTR (sur la théorie gravitationnelle) et le modèle standard (le modèle standard qui combine trois interactions physiques fondamentales - électromagnétique, forte et faible). La recherche d'une solution avant la création du LHC a été entravée par les difficultés liées à la création de la théorie de la gravité quantique.

La construction de cette hypothèse implique la combinaison de deux théories physiques : la mécanique quantique et la relativité générale.

Pour ce faire, plusieurs approches populaires et modernes ont été utilisées : la théorie des cordes, la théorie des branes, la théorie de la supergravité, ainsi que la théorie de la gravité quantique. Avant la construction du collisionneur, le principal problème lors de la réalisation des expériences nécessaires était le manque d'énergie, ce qui ne peut être obtenu avec d'autres accélérateurs de particules chargées modernes.

Le LHC de Genève a donné aux scientifiques la possibilité de réaliser des expériences auparavant impossibles. On pense que dans un avenir proche, de nombreuses théories physiques seront confirmées ou réfutées à l'aide de l'appareil. L’une des plus problématiques est la supersymétrie ou théorie des cordes, qui divise depuis longtemps la physique en deux camps : les « cordes » et leurs rivaux.

Autres expériences fondamentales réalisées dans le cadre des travaux du LHC

Les recherches des scientifiques dans le domaine de l'étude des top-, qui sont les quarks les plus lourds et les plus lourds (173,1 ± 1,3 GeV/c²) de toutes les particules élémentaires actuellement connues, sont également intéressantes.

En raison de cette propriété, même avant la création du LHC, les scientifiques ne pouvaient observer les quarks qu'à l'accélérateur Tevatron, les autres appareils n'ayant tout simplement pas suffisamment de puissance et d'énergie. À son tour, la théorie des quarks est un élément important de la célèbre hypothèse du boson de Higgs.

Les scientifiques mènent toutes les recherches scientifiques sur la création et l'étude des propriétés des quarks dans le hammam quarks top-antiquarks du LHC.

Un objectif important du projet de Genève est également le processus d'étude du mécanisme de symétrie électrofaible, qui est également associé à la preuve expérimentale de l'existence du boson de Higgs. Pour définir le problème encore plus précisément, le sujet d'étude n'est pas tant le boson lui-même, mais le mécanisme de rupture de la symétrie de l'interaction électrofaible prédit par Peter Higgs.

Le LHC mène également des expériences de recherche de supersymétrie - et le résultat souhaité sera à la fois la preuve de la théorie selon laquelle toute particule élémentaire est toujours accompagnée d'un partenaire plus lourd et sa réfutation.

Depuis la divulgation d'informations sur les objectifs de la construction, la conception et l'exploitation du collisionneur de hadrons, de nombreuses suppositions sont apparues sur les conséquences que pourraient entraîner de telles recherches. Le lancement du collisionneur était un moment qui pourrait diviser l’histoire entre avant et après. Même les esprits les plus brillants ne pouvaient pas prédire comment la matière se comporterait dans des circonstances peu naturelles pour les conditions terrestres. De nombreuses théories et suppositions incroyables ont été générées par le grand hadron collisionneur, dernières nouvelles que l'on retrouve dans cette rubrique.

Portail vers d'autres mondes

L'un des lancements réussis du collisionneur a donné un résultat inattendu, ouvrant un portail vers un autre monde. Lors de la collision de particules, des nuages ​​​​d'une couleur pourpre inhabituelle se sont formés dans le ciel au-dessus du site de l'expérience et un vortex a commencé, rappelant un portail. Le collisionneur de hadrons a été conçu pour produire de manière contrôlée des versions plus petites de trous noirs en faisant entrer en collision des protons et des ions. On ne sait pas avec certitude si les scientifiques ont atteint leur objectif ou si le « portail » n’était qu’une coïncidence.

On sait que dans un avenir proche il y aura collisionneur de hadrons en Russie, dont la puissance sera 100 fois supérieure aux capacités du premier projet. Les photos préliminaires du collisionneur en construction dans la Fédération de Russie sont époustouflantes par leur ampleur. Il est difficile de prédire quelles seront les conséquences des expériences menées au nouveau LHC. Nous recommandons à toute personne intéressée par la recherche en physique d'y jeter un œil vidéo du collisionneur En action.

Le Grand collisionneur de hadrons (LHC) est un accélérateur de particules chargées qui aidera les physiciens à en apprendre beaucoup plus sur les propriétés de la matière qu'on ne le pensait auparavant. Les accélérateurs sont utilisés pour produire des particules élémentaires chargées de haute énergie. Le fonctionnement de presque tous les accélérateurs repose sur l’interaction de particules chargées avec des champs électriques et magnétiques. Le champ électrique agit directement sur la particule, c'est-à-dire qu'il augmente son énergie, et le champ magnétique, créant la force de Lorentz, ne fait que défléchir la particule sans changer son énergie et définit l'orbite sur laquelle les particules se déplacent.

Un collisionneur (anglais collide - « to collide ») est un accélérateur utilisant des faisceaux en collision, conçu pour étudier les produits de leurs collisions. Permet de conférer une énergie cinétique élevée aux particules élémentaires de matière, de les diriger les unes vers les autres afin de produire une collision.

Pourquoi "grand hadron"

Le collisionneur est en fait appelé grand en raison de sa taille. La longueur de l'anneau principal de l'accélérateur est de 26 659 m ; hadronique - du fait qu'il accélère les hadrons, c'est-à-dire les particules lourdes constituées de quarks.

Le LHC a été construit au centre de recherche du Conseil européen pour la recherche nucléaire (CERN), à la frontière entre la Suisse et la France, près de Genève. Aujourd'hui, le LHC est la plus grande installation expérimentale au monde. Le chef de file de ce projet à grande échelle est la physicienne britannique Lyn Evans, et plus de 10 000 scientifiques et ingénieurs de plus de 100 pays ont participé et participent encore à la construction et à la recherche.

Une petite excursion dans l'histoire

À la fin des années 60 du siècle dernier, les physiciens ont développé ce qu’on appelle le modèle standard. Il combine trois des quatre interactions fondamentales : forte, faible et électromagnétique. L'interaction gravitationnelle est encore décrite en termes de relativité générale. Autrement dit, les interactions fondamentales sont aujourd'hui décrites par deux théories généralement acceptées : la théorie de la relativité générale et le modèle standard.

On pense que le modèle standard devrait faire partie d'une théorie plus profonde de la structure du micromonde, la partie visible dans les expériences menées auprès de collisionneurs à des énergies inférieures à environ 1 TeV (téraélectronvolt). L’objectif principal du Large Hadron Collider est d’obtenir au moins les premiers indices de cette théorie plus profonde.

Les principaux objectifs du collisionneur incluent également la découverte et la confirmation du boson de Higgs. Cette découverte confirmerait le modèle standard de l’origine des particules atomiques élémentaires et de la matière standard. Lorsque le collisionneur fonctionnera à pleine puissance, l’intégrité du modèle standard sera détruite. Les particules élémentaires dont nous ne comprenons que partiellement les propriétés ne pourront pas conserver leur intégrité structurelle. Le modèle standard a une limite d’énergie supérieure de 1 TeV, au-dessus de laquelle une particule se désintègre. À une énergie de 7 TeV, des particules d’une masse dix fois supérieure à celles actuellement connues pourraient être créées.

Caractéristiques

Il devrait entrer en collision dans l'accélérateur des protons d'une énergie totale de 14 TeV (soit 14 téraélectronvolts ou 14·1012 électronvolts) dans le système du centre de masse des particules incidentes, ainsi que des noyaux de plomb avec une énergie de 5 GeV (5,109 électronvolts) pour chaque paire de nucléons en collision.

La luminosité du LHC au cours des premières semaines de son fonctionnement ne dépassait pas 1 029 particules/cm²·s, mais elle continue d'augmenter constamment. L'objectif est d'atteindre une luminosité nominale de 1,7 × 1034 particules/cm² s, soit le même ordre de grandeur que les luminosités de BaBar (SLAC, USA) et Belle (KEK, Japon).

L'accélérateur est situé dans le même tunnel qui occupait autrefois le Grand collisionneur électron-positon, souterrain en France et en Suisse. La profondeur du tunnel est comprise entre 50 et 175 mètres et l'anneau du tunnel est incliné d'environ 1,4 % par rapport à la surface de la terre. Pour maintenir, corriger et focaliser les faisceaux de protons, 1624 aimants supraconducteurs sont utilisés, dont la longueur totale dépasse 22 km. Les aimants fonctionnent à une température de 1,9 K (−271 °C), légèrement inférieure à la température à laquelle l'hélium devient superfluide.

Détecteurs BAK

Le LHC dispose de 4 détecteurs principaux et 3 détecteurs auxiliaires :

• ALICE (Une expérience sur un grand collisionneur d'ions)
• ATLAS (un appareil toroïdal pour le LHC)
• CMS (solénoïde compact à muons)
• LHCb (expérience de beauté du Grand collisionneur de hadrons)
• TOTEM (Mesure de section efficace élastique et diffractive TOTal)
• LHCf (L'avant du Grand collisionneur de hadrons)
• MoEDAL (Détecteur monopôle et exotiques au LHC).

Le premier d’entre eux est configuré pour étudier les collisions d’ions lourds. La température et la densité énergétique de la matière nucléaire formée dans ce cas sont suffisantes pour la naissance du plasma de gluons. Le système de suivi interne (ITS) d'ALICE se compose de six couches cylindriques de capteurs en silicium qui entourent le point d'impact et mesurent les propriétés et les positions précises des particules émergentes. De cette manière, les particules contenant un quark lourd peuvent être facilement détectées.

Le second est destiné à étudier les collisions entre protons. ATLAS mesure 44 mètres de long, 25 mètres de diamètre et pèse environ 7 000 tonnes. Au centre du tunnel, des faisceaux de protons entrent en collision, ce qui en fait le capteur le plus grand et le plus complexe de ce type jamais construit. Le capteur enregistre tout ce qui se passe pendant et après la collision de protons. L'objectif du projet est de détecter des particules qui n'ont jamais été enregistrées ou détectées auparavant dans notre univers.

CMS est l'un des deux grands détecteurs de particules universels du LHC. Environ 3 600 scientifiques de 183 laboratoires et universités dans 38 pays soutiennent les travaux du CMS (la photo montre le dispositif CMS).

La couche la plus interne est le tracker à base de silicium. Le tracker est le plus grand capteur au silicium au monde. Il dispose de 205 m2 de capteurs en silicium (soit à peu près la surface d'un court de tennis) comprenant 76 millions de canaux. Le tracker permet de mesurer des traces de particules chargées dans un champ électromagnétique.

Au deuxième niveau se trouve un calorimètre électromagnétique. Le calorimètre à hadrons, au niveau suivant, mesure l'énergie des hadrons individuels produits dans chaque cas.

La couche suivante du Large Hadron Collider CMS est un énorme aimant. Le grand aimant solénoïde mesure 13 mètres de long et 6 mètres de diamètre. Il est constitué de bobines refroidies en niobium et titane. Cet énorme aimant solénoïde fonctionne à pleine puissance pour maximiser la durée de vie des particules de l'aimant solénoïde.

La cinquième couche est constituée de détecteurs de muons et d'un joug de retour. Le CMS est conçu pour étudier les différents types de physique qui pourraient être détectés dans les collisions énergétiques du LHC. Certaines de ces recherches visent à confirmer ou à améliorer les mesures des paramètres du modèle standard, tandis que de nombreuses autres visent à rechercher une nouvelle physique.

On peut beaucoup parler du Grand collisionneur de hadrons pendant longtemps. Nous espérons que notre article a aidé à comprendre ce qu'est le LHC et pourquoi les scientifiques en ont besoin.