■ Le Grand collisionneur de hadrons (LHC)

Notre compréhension de l’Univers est sur le point de changer…

Le Grand collisionneur de hadrons (LHC) est un gigantesque instrument scientifique situé près de Genève, à cheval sur la frontière franco-suisse, à environ 100 mètres sous terre. C’est un accélérateur de particules, avec lequel les physiciens vont étudier les plus petites particules connues : les composants fondamentaux de la matière. Le LHC va révolutionner notre compréhension du monde, de l’infiniment petit, à l'intérieur des atomes, à l’infiniment grand de l’Univers.

Deux faisceaux de particules subatomiques de la famille des « hadrons » (des protons ou des ions de plomb) circuleront en sens inverse à l’intérieur de l’accélérateur circulaire, emmagasinant de l’énergie à chaque tour. En faisant entrer en collision frontale les deux faisceaux à une vitesse proche de celle de la lumière et à de très hautes énergies, le LHC va recréer les conditions qui existaient juste après le Big Bang. Des équipes de physiciens du monde entier analyseront les particules issues de ces collisions en utilisant des détecteurs spéciaux.

Il existe de nombreuses théories quant aux résultats de ces collisions. Les physiciens s’attendent en tous cas à une nouvelle ère de physique, apportant de nouvelles connaissances sur le fonctionnement de l’Univers. Pendant des décennies, les physiciens se sont appuyés sur le modèle standard de la physique des particules pour essayer de comprendre les lois fondamentales de la Nature. Mais ce modèle est insuffisant. Les données expérimentales obtenues grâce aux énergies très élevées du LHC permettront de repousser les frontières du savoir, mettant au défi ceux qui cherchent à confirmer les théories actuelles et ceux qui rêvent à de nouveaux paradigmes.

Faits et chiffres

La plus grande machine du monde...

La circonférence exacte du LHC est de 26 659 m, et la machine contient un total de 9300 aimants. Non seulement le LHC est le plus grand accélérateur de particules du monde, mais rien qu’un huitième de son système de distribution cryogénique constituerait le plus grand frigo de la planète. Tous les aimants seront prérefroidis à -193,2°C (80 K) à l’aide de 10 080 tonnes d'azote liquide, avant d'être remplis de près de 60 tonnes d'hélium liquide qui les portera à -271,3°C (1,9 K).

Le circuit le plus rapide de la planète...

À pleine puissance, des trillions de protons, lancés à 99,99% de la vitesse de la lumière, vont effectuer 11 245 fois le tour de l’accélérateur par seconde. Deux faisceaux de protons voyageront chacun à une énergie maximum de 7 TeV (teraélectronvolts), permettant ainsi des collisions frontales de 14 TeV. Cela donnera lieu à quelque 600 millions de collisions par seconde.

L’espace le plus vide du système solaire...

Afin d’éviter des collisions avec les molécules de gaz présentes dans l’accélérateur, les faisceaux de particules voyagent dans une cavité aussi vide que l’espace interplanétaire, ce qu'on appelle l’ultravide. La pression interne du LHC est de 10-13 atm, ce qui est dix fois inférieur à la pression régnant sur la Lune.

Les points les plus chauds de la galaxie dans un anneau plus froid que l'espace intersidéral...

Le LHC est la machine des températures extrêmes. Lorsque deux faisceaux de protons entrent en collision, ils génèrent, dans un espace minuscule, des températures plus de 100 000 fois supérieures à celles qui règnent au centre du Soleil. A l’opposé, le système de distribution cryogénique, qui alimente l’anneau de l’accélérateur en hélium superfluide, garde le LHC à une température de -271,3°C (1,9 K), plus froide que l'espace intersidéral.

Les détecteurs les plus grands et les plus performants jamais construits...

Pour sélectionner et enregistrer les données les plus intéressantes parmi ces millions de collisions, physiciens et ingénieurs ont construit de gigantesques appareils qui mesurent les traces de particules avec des précisions de l’ordre du micron. »Les détecteurs du LHC tels qu’ATLAS ou CMS sont équipés de systèmes électroniques de déclenchement qui mesurent le temps de passage d’une particule à quelques milliardièmes de seconde près. Le système de déclenchement enregistre également la position des particules au millionième de mètre. La rapidité et la précision de ces systèmes sont essentielles si l’on veut être certain qu’une particule enregistrée dans différentes couches du détecteur est bel et bien la même.

L’ordinateur le plus puissant du monde...

Les données enregistrées par chacune des grandes expériences du LHC pourraient remplir environ 100 000 DVD double couche par année. Afin de permettre à quelque 7000 physiciens du monde entier de participer à l'analyse des données pendant les 15 prochaines années (la durée de vie estimée du LHC), des dizaines de milliers d’ordinateurs dispersés sur la planète seront exploités dans le cadre d’un réseau informatique décentralisé appelé la Grille.

Le guide du LHC

Plus d’informations, de faits et de chiffres dans le guide « CERN FAQ – Guide du LHC ».

Pour visiter le site LHC cliquez sur ce lien http://public.web.cern.ch/Public/Welcome-fr.html