Après deux décennies de recherche, de développement, de tests et de production, les États-Unis ont commencé à expédier des aimants accélérateurs supraconducteurs de pointe au CERN pour la mise à niveau à haute luminosité du Grand Collisionneur de Hadrons (LHC). Au cœur de ces puissants aimants se trouve un nouveau matériau supraconducteur utilisé pour la première fois dans un accélérateur de particules.
Une livraison très attendue
Le 18 décembre, le laboratoire de physique du CERN à Genève, en Suisse, a célébré l’arrivée d’un très grand colis en provenance des États-Unis. À l’intérieur se trouvait un ensemble de 13 mètres de long comprenant deux aimants avec des bobines de 4,2 mètres de long.
Ce sont les premiers aimants construits aux États-Unis pour la mise à niveau à haute luminosité du Grand Collisionneur de Hadrons, ou HL-LHC.
Au cours des prochaines années, neuf autres assemblages suivront, achevant ainsi un effort de deux décennies par un consortium de laboratoires nationaux du Département de l’énergie des États-Unis – Fermilab, Brookhaven et Berkeley Lab – pour concevoir et construire de nouveaux aimants d’accélération.
Un travail de collaboration
« Dans le domaine des grandes entreprises scientifiques comme le HL-LHC, la collaboration et l’expertise mondiales jouent un rôle crucial. La livraison du premier cryo-assemblage abritant des aimants en série entièrement validés en niobium-étain est un témoignage tangible du succès du projet de mise à niveau de l’accélérateur américain », a précisé Mike Lamont, directeur du CERN pour les accélérateurs et la technologie.
« Cet événement marque non seulement une étape cruciale dans notre collaboration avec nos partenaires américains, mais célèbre également les contributions exceptionnelles qui façonnent le futur paysage de la physique des particules au CERN. »
Le rôle clé du Laboratoire national Lawrence Berkeley
Les équipes du Laboratoire national Lawrence Berkeley du Département de l’énergie jouent un rôle clé dans la construction des nouveaux aimants. Cet été, des experts de la Division de la technologie des accélérateurs et de la physique appliquée (ATAP) et de la Division de l’ingénierie ont achevé un projet visant à transformer le fil supraconducteur en câbles utilisés pour fabriquer les bobines des aimants.
C’est une prouesse difficile, car chaque câble est fabriqué en une seule pièce continue en enroulant 40 brins de fil individuels autour d’un noyau en acier inoxydable. Si un seul fil se croisait avec un autre le long de toute la longueur – généralement 470 mètres – le câble serait dysfonctionnel.
En synthèse
Les aimants construits par le projet de mise à niveau de l’accélérateur à haute luminosité des États-Unis comprimeront fortement les deux faisceaux de protons circulant en sens inverse autour du LHC juste avant leur collision. Cette compression contribuera à augmenter le taux de collision du LHC par un facteur de 5 par rapport à la valeur de conception originale. Avec d’autres mises à niveau, cela permettra aux scientifiques de collecter des données beaucoup plus rapidement qu’auparavant.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que le Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) ?
Le Grand Collisionneur de Hadrons est un accélérateur de particules situé au CERN, près de Genève, en Suisse. Il est utilisé pour étudier les particules subatomiques et les lois fondamentales de la physique.
Qu’est-ce que la mise à niveau à haute luminosité du LHC ?
La mise à niveau à haute luminosité du LHC est un projet visant à augmenter le taux de collision du LHC, permettant aux scientifiques de collecter des données beaucoup plus rapidement qu’auparavant.
Qu’est-ce qu’un aimant supraconducteur ?
Un aimant supraconducteur est un type d’aimant qui utilise des matériaux supraconducteurs pour générer un champ magnétique. Ces aimants sont capables de générer des champs magnétiques très puissants et sont utilisés dans de nombreuses applications, y compris les accélérateurs de particules.
Qu’est-ce que le niobium-étain ?
Le niobium-étain est un matériau supraconducteur qui peut atteindre des champs magnétiques plus élevés que le niobium-titane actuellement utilisé dans les aimants supraconducteurs du LHC. Il est utilisé pour la première fois dans un accélérateur de particules dans le cadre de la mise à niveau à haute luminosité du LHC.
Quand la mise à niveau à haute luminosité du LHC sera-t-elle terminée ?
La mise à niveau à haute luminosité du LHC devrait commencer en 2025, avec l’objectif de commencer à faire entrer en collision des protons avec la machine améliorée en 2029.
Références
Légende illustration principale : Le CERN célèbre l’arrivée du premier aimant HL-LHC construit par les États-Unis. Marina Cavazza/CERN
U.S. Department of Energy, Fermilab, Brookhaven National Laboratory, Berkeley Lab, CERN, LHC Accelerator Research Program, ATAP Division, Engineering Division, HL-LHC Accelerator Upgrade Project.
