Dans la matinée du dimanche 17 décembre, le CERN a annoncé avoir mis fin à la première période d’exploitation avec protons du LHC (Large Hadron Collider ou Grand collisionneur de hadrons).
Après trois années, l’exploitation de l’accélérateur de particules le plus puissant du monde s’est achevée sur un nouveau record de performance. Les équipes sont parvenues en effet à réduire de moitié l’intervalle entre les paquets de protons constituant les faisceaux et, ainsi, à augmenter l’intensité de ces derniers.
« Cette nouvelle étape est de bon augure pour la prochaine période d’exploitation, qui débutera en 2015, a déclaré Steve Myers, directeur des accélérateurs et de la technologie du CERN. Des faisceaux d’intensité élevée sont essentiels à la réussite du programme du LHC. Qui dit faisceaux plus intenses dit collisions plus nombreuses et de meilleures chances d’observer des phénomènes rares. »
Pour mettre les choses en perspective, sur les 6 millions de milliards de collisions proton-proton produites par le LHC, les expériences ATLAS et CMS ont chacune, au cours des trois dernières années, enregistré environ 5 milliards de collisions intéressantes. Sur ce nombre, seules 400 collisions environ ont permis de mettre en évidence des événements signalant la particule de type Higgs dont la découverte a été annoncée en juillet.
Un faisceau du LHC n’est pas une succession continue de particules ; le faisceau est constitué de centaines de paquets de quelques dizaines de centimètres de long. Chaque paquet contient plus de cent milliards de protons. Ces derniers jours, les équipes du LHC ont pu réduire de moitié l’intervalle entre les paquets, le faisant passer de 50 nanosecondes à 25 nanosecondes, soit la valeur nominale. Diminuer de moitié l’intervalle entre les paquets permet de doubler le nombre de paquets dans le faisceau. Le week-end dernier, les équipes ont obtenu un nombre record de paquets dans chaque faisceau, à savoir 2748 paquets, soit près du double de la quantité maximale atteinte précédemment en 2012, mais à l’énergie d’injection de 450 GeV, et sans collisions. Elles sont ensuite parvenues à accumuler plusieurs heures d’exploitation pour la physique avec jusqu’à 396 paquets par faisceau, à intervalles de 25 nanosecondes, chacun des paquets étant accéléré à l’énergie de 4 TeV.
« La performance du LHC obtenue ces trois dernières années a dépassé toutes les attentes, souligne Steve Myers. L’accélérateur a produit plus de 6 millions de milliards de collisions, et la luminosité n’a cessé d’augmenter. C’est un résultat fantastique, et je suis extrêmement fier de mon équipe. »
La luminosité, paramètre crucial qui mesure le taux de collisions d’un accélérateur, a atteint 7,7 x 1033 cm-2s-1, une valeur plus de deux fois supérieure à la valeur maximale obtenue en 2011 (3,5 x 1033 cm-2s-1). L’énergie de collision a été portée de 7 TeV, en 2011, à 8 TeV, en 2012.
Cette amélioration de la performance en l’espace d’une année a permis aux expériences LHC d’obtenir des résultats importants plus rapidement que prévu. Outre la découverte spectaculaire, annoncée en juillet, d’une particule aux caractéristiques compatibles avec celles du boson de Higgs, les expériences sont parvenues à mener à bien de nombreuses études améliorant notre compréhension de la matière fondamentale.
Début 2013, le LHC fera entrer en collision des protons avec des ions plomb, avant d’être arrêté pour maintenance jusqu’à fin 2014.
Il sera de nouveau exploité en 2015 avec une énergie de collision portée à 13 TeV et une luminosité encore accrue.
1. Le CERN, Organisation européenne pour la Recherche nucléaire, est le plus éminent laboratoire de recherche du monde en physique des particules. Il a son siège à Genève. Ses États membres actuels sont les suivants : Allemagne, Autriche, Belgique, Bulgarie,Danemark, Espagne, Finlande, France, Grèce, Hongrie, Italie, Norvège, Pays-Bas, Pologne, Portugal, République slovaque, République tchèque, Royaume-Uni, Suède, et Suisse. La Roumanie a le statut de candidat à l’adhésion. Israël et la Serbie sont États membres associés en phase préalable à l’adhésion. La Commission européenne, les États-Unis d’Amérique, la Fédération de Russie, l’Inde, le Japon, la Turquie et l’UNESCO ont le statut d’observateur.
