Le Grand collisionneur de hadrons LHC est tout simplement la plus grande application de supraconductivité dans le monde, alignant 23 kilomètres d’aimants supraconducteurs (image) sur ses 27 kilomètres de circonférence.
Le phénomène de la supraconductivité a été découvert en 1911. En dessous d’une température critique très basse, certains matériaux perdent toute résistance électrique. Cette propriété épatante offre d’extraordinaires possibilités. Puisqu’aucune résistance ne s’oppose au passage du courant, et aucun échauffement ne survient, un supraconducteur peut conduire des courants électriques bien plus intenses que les conducteurs « normaux » ou résistifs. Dans une bobine formée de supraconducteurs cela se traduit par des champs magnétiques plus élevés que ceux générés par des électro-aimants résistifs. C’est cette propriété qui intéresse particulièrement la physique des particules.
Dans les accélérateurs circulaires, comme le LHC, les particules sont maintenues sur leur orbite par un champ magnétique généré par des aimants. Mais plus l’énergie (la vitesse) des particules augmente, plus l’intensité du champ doit être élevé. L’énergie des accélérateurs circulaires est donc limitée par la puissance des aimants. A la fin des années 60, cette limite commençait à poindre et la supraconductivité était l’innovation attendue.
Au début des années 70, l’idée émergea sérieusement. Les travaux les plus poussés étaient alors menés pour le projet « Energy Doubler » du laboratoire américain Fermilab. Plus tard rebaptisé Tevatron, ce premier collisionneur supraconducteur, entra en service en 1983. Son succès donna un formidable coup d’accélérateur à l’utilisation des supraconducteurs pour la physique des hautes énergies. Depuis, supraconductivité et physique des particules se prêtent main forte. Après l’extraordinaire défi technologique du LHC, l’avenir des supraconducteurs s’esquisse notamment avec des projets d’accélérateurs comme le LHC à haute luminosité, ou à plus long terme, de très grand collisionneur capables d’élargir encore le domaine d’énergie exploré par l’humanité.
Ce texte est basé sur un article du numéro de septembre du magazine CERN Courier, “Powering the field forward”.
Image : A l’occasion de la conférence EUCAS 2017, un aimant supraconducteur du LHC est exposé devant le Palais des Nations Unies à Genève. (Image : Michael Struik/CERN)
