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CERN : vers un Grand Collisionneur de Hadrons plus lumineux

Le Centre européen de recherche nucléaire vise à mettre en service d’ici à 2026 un LHC haute luminosité (HL-LHC) qui permettra d’augmenter le nombre de collisions protons-protons afin de réunir davantage de données sur la constitution de la matière et sur l’histoire de l’Univers.

Mis en fonction pour la première fois en 2008 au Cern, à la frontière franco-suisse, le LHC – Large Hadron Collider – , Grand Collisionneur de Hadrons, est un anneau de 27 kilomètres de circonférence. Des milliers d’aimants supraconducteurs permettent d’accélerer à l’intérieur de l’anneau,  les particules qui entrent en collision à une vitesse proche de celle de la lumière. Pour collecter les données, le collisionneur possède quatre détecteurs de particules : Atlas, CMS, Alice et LHCb.

Les travaux visent à accroître la luminosité du collisionneur d’un facteur 5 à 7 en concentrant le maximum de particules dans l’espace le plus réduit possible pour accroitre le nombre de collisions au moment du croisement des deux faisceaux de protons. Cela permettra aux scientifiques d’étudier des phénomènes rares et d’obtenir des mesures de grande précision indispensables pour préciser les propriétés du boson de Higgs. Plus largement, c’est un pas de plus vers la compréhension du modèle standard du cosmos et des scénarios qui en découlent.

La France contribue au projet à hauteur de 180 millions d’euros. Plus de 400 scientifiques de laboratoires français accompagnent le renouveau du plus grand et du plus puissant collisionneur de particules au monde. Des équipes du CNRS et du CEA participent en particulier à la recherche et aux développements technologiques sur les aimants supraconducteurs ainsi qu’à la jouvence des détecteurs et de l’accélérateur.

La collaboration française est portée en particulier par le CNRS et le CEA qui travaillent sur les aimants supraconducteurs destinés à focaliser efficacement les faisceaux. Ces aimants sont une des pièces maîtresses de tous les futurs accélérateurs. D’autres travaux portent sur les aimants à très hauts champs qui permettront à terme d’augmenter l’énergie des collisionneurs.

Les équipes du CNRS, du CEA et leurs partenaires universitaires interviendront sur les détecteurs de particules Atlas et CMS : d’importantes améliorations seront apportées aux détecteurs afin qu’ils fonctionnent avec de meilleures performances dans des conditions beaucoup plus intenses. Ces projets se font en collaboration avec des PME françaises. La France envisage également de contribuer au défi du traitement des données issues des expériences du HL- LHC, au sein des projets scientifiques, qui dépasseront pour la première fois l’échelle de l’exabyte1.

Selon le calendrier actuel, le HL-LHC sera exploité de 2026 à 2036-37 après deux phases d’arrêt : 2019- 2020 et 2024-2026, phase durant laquelle le CNRS et le CEA interviendront sur les détecteurs de particules).

Les laboratoires d’Auvergne-Rhône-Alpes  impliqués dans le LHC sont :

  • l’Institut de physique nucléaire de Lyon (CNRS/Université Claude Bernard);
  • le Laboratoire d’Annecy de physique des particules (CNRS/Université de Savoie Mont-Blanc) ;
  • le Laboratoire de physique de Clermont (CNRS/Université Clermont Auvergne) ;
  • le Laboratoire de physique subatomique et cosmologie à Grenoble (CNRS/Université Grenoble Alpes/Grenoble INP) –
  • le Centre de calcul de l’Institut national de physique nucléaire et de physique des particules du CNRS
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