En 2020, le Grand Collisionneur de Hadrons exploitera un nouvel accélérateur linéaire (Linac 4) qui permettra de doubler la luminosité. Une « étape importante » pour le CERN, car elle permettra de récolter beaucoup plus de données. L'inauguration aujourd'hui de Linac 4 est l'occasion de revenir sur son principe de fonctionnement.
Au début de l'année, « le plus grand et le plus puissant accélérateur de particules du monde » (LHC ou Grand Collisionneur de Hadrons) a subi une opération à cœur ouvert afin de remplacer son trajectographe à pixels. Aujourd'hui, le CERN inaugure son nouvel accélérateur linéaire – Linac 4 – qui deviendra le « premier maillon de la chaîne » en 2020.
Le « premier étage » de l'accélérateur de particules
Il s'agit d'une « étape importante » pour le centre de recherche, qui permettra d'arriver au LHC à haute luminosité. En effet, cet accélérateur linéaire peut être comparé au premier étage d'une fusée selon le CERN, il donne le coup d'envoi des protons qui passent ensuite par plusieurs autres accélérateurs.
Pour bien comprendre le fonctionnement du Grand Collisionneur de Hadrons, commençons par le début. L'organisation européenne pour la recherche nucléaire explique que des atomes d'hydrogène « sont injectés à une cadence strictement contrôlée dans la chambre source d'un accélérateur linéaire du CERN ». Pour le moment, il s'agit donc de Linac 2.
Suivons le voyage d'une particule dans le LHC
Les électrons sont alors arrachés afin de ne laisser que des noyaux d'hydrogène, il s'agit donc de protons chargés positivement. Ils sont alors accélérés au moyen d'un champ électrique et « le voyage qui les mènera vers des collisions de très hautes énergies, semblables à celles qui ont suivi le Big Bang, peut commencer ».
Les accélérateurs linéaires emploient des « cavités radiofréquence pour charger des conducteurs cylindriques » explique le CERN. En fonction de la charge, les particules sont attirées ou repoussées (comme avec un aimant), ce qui permet de les accélérer. Ensuite, des petits aimants resserrent le faisceau afin qu'il soit plus compact.
Enfin, « lorsque les particules approchent la vitesse de la lumière, l’énergie transmise par les conducteurs se convertit en masse ». À la sortie de cet accélérateur, les protons ont atteint environ une « énergie de 50 MeV et gagné 5 % de masse » explique le CERN.
Injecteur, Synchrotrons, Supersynchrotron et paf les particules
Ils passent ensuite par le Synchrotron injecteur du PS (PSB) qui correspond au deuxième étage de la fusée, puis dans le Synchrotron à protons (PS) qui fait office de troisième étage. De 50 MeV, l'énergie passe respectivement à 1,4 GeV puis à 25 GeV, mais le voyage est encore loin d'être terminé.
Les protons passent ensuite par le Supersynchrotron à protons (SPS) afin de monter jusqu'à 450 GeV avant de finir leur course dans les deux tubes à faisceaux du LHC : « Il faut 4 minutes et 20 secondes pour remplir chacun des deux anneaux du LHC, et 20 minutes pour que les protons atteignent leur énergie maximale de 6.5 TeV ».
Dans le premier tube, ils tournent dans le sens des aiguilles d'une montre et dans le sens contraire dans le second. Ils entrent enfin en collision dans l'un des quatre détecteurs (ALICE, ATLAS, CMS et LHCb) avec une énergie totale de 13 TeV (2x 6,5 TeV). Notez qu'en 2020, après un long arrêt technique, l'énergie totale du LHC passera à 14 TeV.
Linac 4 permettra de doubler la luminosité du LHC
Avec Linac 4, le principe reste le même. Le CERN met ainsi à jour le premier étage de cette mécanique bien huilée, mais en profite pour modifier son fonctionnement. En effet, ce nouvel accélérateur linéaire « enverra des ions d'hydrogène négatifs, composés d'un atome d'hydrogène et de deux électrons, au PSB », alors qu'il était question de protons positifs pour Linac 2.
Au lieu d'avoir un faisceau de 50 MeV en sortie, Linac 4 le portera à 160 MeV, soit plus de trois fois plus. « Grâce à l'énergie plus élevée obtenue et aux ions d'hydrogène utilisés, il sera possible de doubler l'intensité de faisceau à fournir au LHC, ce qui contribuera à accroître la luminosité du LHC ». Or, le CERN rappelle que « la luminosité est un paramètre indiquant le nombre de particules entrant en collision en un temps donné ». Et davantage de collisions impliquent plus de données.
La luminosité en crête du LHC devrait ainsi être multipliée par cinq d'ici 2025, ce qui devrait permettre de multiplier par 10 la quantité de données issues des expériences. À ce moment-là, il sera d'ailleurs question du « LHC à haute luminosité ». Les scientifiques en attendent beaucoup : « les chercheurs pourront ainsi réaliser des mesures plus précises sur les particules fondamentales et augmenter leurs chances d’observer des processus rares inaccessibles avec le niveau de sensibilité actuel de la machine ».
70 ans d'accélérateur linéaire (Linac)
Pour rappel, le premier accélérateur linéaire a été conçu au début des années 1950 : Linac 1. Il a ensuite été mis en service en 1959 et envoyait un faisceau de protons à 50 MeV. Il a été remplacé par Linac 2 en 1978, mais il n'a pour autant pas été mis à la retraite. Pendant 14 ans, Linac 1 a accéléré des ions légers, il a été arrêté en 1992 et remplacé en 1994 par Linac 3.
L'inauguration d'aujourd'hui ne signifie pas le début des travaux loin de là. Il a en effet fallu 10 ans pour construire Linac 4 indique le CERN. Il se trouve à 12 mètres sous terre et mesure près de 90 mètres de long. La production de ses premiers faisceaux a commencé en 2013 et l'énergie de 50 MeV (la même qu'avec Linac 2) a été atteinte en 2015.
Lors du prochain long arrêt technique de l'accélérateur de particules (en 2019-2020), Linac 2 laissera donc sa place à Linac 4. Il faudra ensuite attendre 2024-2025 pour la mise en place du LHC haute luminosité :
Commentaires (57)
#1
L arrivée de Gordon Freeman chez les extraterrestres est imminente 😃
#2
J’ai trop hâte !!!
#3
J’ai lu tout l’article, j’ai du en comprendre 20% au mieux, mais ça a l’air vachement chiadé tout ça.
Pas trop compris pourquoi ils s’embêtent à faire se crasher tout ce beau monde par contre.. Recréer les conditions du big bang ? et après ? (je critique pas hein, je suis véritablement curieux, moi et la physique ça fait 12)
Parce que “augmenter leurs chances d’observer des processus rares inaccessibles avec le niveau de sensibilité actuel de la machine”, ça m’aide pas trop …
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#5
heyyyyyyyyyyyyyyy mais c’est chez moiiiiiiiiiiiiiiiiiiii a MEYRIN!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
#6
J’imagine que c’est pour “casser” les particules pour voir les particules élémentaires (enfin, c’est ce que je comprends
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#7
En faisant se percuter des molécules à très haute vitesse, on arrive à les décomposer en éléments plus petits qui nous sont encore inconnus.
Avec une meilleure luminosité, les chercheurs devraient pouvoir mieux observer ces éléments.
(J’espère ne pas avoir dit une grosse connerie)
#8
C’est de la recherche fondamentale. En gros “ça sert a rien” parcequ’on ne sait pas encore a quoi ça va servir.
Dans des années(décénies?) les découvertes faites grace a cette recherche nous permetront de faire des choses utiles.
Par exemple sans recherche fondamentale sur la relativité (completement innutile a l’époque) on n’aurait pas le GPS (utilisé partout). Sans recherche sur les algorithme et l’automatisme (inutile au XIXeme) on aurait pas les ordinateurs etc..
donc pour répondre a quoi ça sert : on sait pas encore.
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Je savais bien que l’on pouvait transformer du plomb en or… Mais ça coûte cher…
#13
C’est de la physique quantique donc des phénomènes probabiliste (certains se produisent très souvent, d’autres un peu souvent et certains quasiment jamais). Donc augmenter le nombre de collisions donne une chance de voir se produire des phénomènes extrêmement rare mais néanmoins super intéressant ! Surtout que pour qu’un phénomène ne soit pas considéré comme du bruit il faut qu’il se répète suffisamment.
L’objectif de se faire se cracher tout ce petit monde c’est de faire de la casse et de voir se qui constitue la matière (plus tu tapes fort plus tu casses en petits morceaux donc en éléments plus élémentaires).
Est-ce que cela aide ?
#14
Et puis cela n’est pas complètement inutile, le développement de certaines techno ont des usages divers dans l’industrie, la médecine. la défense… Mieux comprendre la matière et l’univers permettra de faire des avancés énorme dans divers domaine.
Tient prenons la nano Electronique qui travaille au niveau de l’atome, ou des systèmes de fabrication de semi conducteur extrêmement fin. Si cela se trouve dans 20-30 ans les composants électronique auront besoin de version industrialisé de ce genre de procédé pour leurs fabrications… Les avancés en physique quantique permettront la fabrication de nouveaux ordinateurs quantiques capable de traitement actuellement impossible par nos ordinateurs (toujours la même évolution science fondamental -> science appliqué -> ingénierie -> usage industriel/militaire -> particuliers).
#15
selon nos experts, nicolas flamel se serait contenté de construire un accélérateur de particules, et non une pierre philosophale, ce qui diminue grandement son mérite 
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#16
C’est pour comprendre le fonctionnement de ces particules et leurs réactions afin d’améliorer la compréhension générale de la physique et pourquoi pas faire de nouvelles découvertes pour mettre à l’épreuve des principes comme la relativité restreinte et/ou générale et pourquoi pas les améliorer.
C’est très hypothétique tous ça c’est sur, mais c’est ce qu’est la recherche. Et sans ça on en serait pas ou on en est aujourd’hui =)
#17
Attention à pas tout confondre, on sait déjà faire des ordinateurs quantiques. Une très bonne vidéo qui en parle :https://www.youtube.com/watch?v=bayTbt_8aNc
#18
C’est plus pour mettre à l’épreuve la physique quantique que la relativité générale je pense.
L’idée est que l’on sait que les 2 modèles qui nous servent à faire de la physique (modèle standard des particules et relativités générale) ne sont valides qu’à “basse énergie” (le “basse” est très relatif… ) et qu’ils ne fonctionnent plus à haute énergie.
Donc ils essayent de mettre en évidence des différences de comportement entre la théorie, et les observations, ce qui leur permettrait de faire évoluer/de compléter les théories.
Le soucis, c’est que même avec l’énergie de LHC (qui est le plus puissant accélérateur construit par l’homme), on en est très loin !
Dans une vidéo, un physicien donnait cette image assez marquante je trouve (je cite de tête, donc c’est approximatif) :
“Avec le LHC, on donne aux protons l’énergie d’un moustique en vol, pour arriver à la limite de nos théories, il faudrait qu’ils aient l’énergie d’un TGV”
#19
#20
A chaque fois qu’il y a un article de ce genre je tente de lire les articles wikipedia sur le sujet et… j’y comprends rien
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Après on est dans de la physique de tâtonnement là, et la moindre avancée peut remettre complétement en cause les 50 dernières années de recherche… (ou les valider :p)
#21
il y a aussi la recherche sur la matière / énergie noir.
En gros si dans les résultats de collision, ils ne mesurent rien - même pas du bruit - c’est qu’ils auront pus “voir”/“detecter” une énergie que l’on suppose présente, mais don on ne peut rien prouver.
Du moins c’est si j’ai bien compris la série de docu sur Arté il y a quelques semaines (la magie du Cosmos).
#22
Justement lors de la découverte du boson de higgs un chercheur disait (avec humour) que ça l’embettait bien parceque ça ne faisait que confirmer ce qu’on pensait deja au lieu de tout remettre par terre.
#23
J’adore ces articles… Rien d’autre à dire juste savoir que je suis encore plus con que la dernière fois .
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#26
oui je suis d’accord mais je prenais dans mon exemple le fait que cela pouvait remettre en question des chose que l’on connait et utilise tous les jour comme comme a été remis en question la mécanique de newton avec la relativité restreinte en fonction du référentiel (je crois que c’est quelque chose comme ça mais pas sur du coup si je me trompe pas taper
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Après ça à été peu-être mal apporté de ma part
#27
Par contre je crois que ce n’est pas à base de plomb mais d’un autre élément.
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#29
Il y a la chaine E-Penser sur Youtube qui, je trouve traite assez bien le sujet.
Je la conseille vivement.
#30
#31
/Mode Troll ON
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”…ce qui contribuera à accroître la luminosité du LHC »”
Si ce n’est que ça ils n’ont qu’à rajouter des LED, peanuts en consommation en plus :)
/Mode Troll OFF
Blague à part, très bon article même s’il n’est clairement pas à la portée de tout le monde. C’est de la physique un peu au-delà de mes compétences
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Pas de soucis, j’ai juste reformulé à ma façon ! Avec deux explications différentes, il y a toujours plus de monde qui est touché et qui comprends ;)
#34
Oui, mais la découverte sans recherche, c’est du trouvage
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#35
La recherche, ça n’est pas que découvrir des choses !
Il y a la partie théorisation qui est important (qui peut avoir lieu avant ou après les expériences et observation)
aussi la partie vérification, mise à l’épreuve des théories et de leur implications, et en particulier, chercher à les mettre en défaut !
#36
Après, faut prendre mon comm sur le ton de la plaisanterie aussi…
#37
Des chercheurs qui cherchent, on en trouve. Des chercheurs qui trouvent, on en cherche.
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#38
#39
#40
#41
Bien possible ! Content que certains aient un peu plus de vision que moi sur ces choses là
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#42
non ça s’appelle
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Sérendipité
#43
Merci de m’avoir appris qqchose
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Mais, car il y a un mais, trouver qqchose en en cherchant une autre est u nchose, trouver sans rien chercher du tout, c’est du trouvage
#44
Voilà on cherche des aliens dans le ciel et l’univers alors que ça ne sert strictement à rien. Il faut chercher dans les particules…
😱😮
#45
#46
A chaque fois que je vois un article sur le LHC je me demande qui finance tout ca!
#47
Half-life 3 Confirmed ?
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#48
#49
#50
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#52
Le LHC a un rôle déterminant dans la découverte d’une nouvelle physique ou au moins une meilleur compréhension de notre physique actuelle, pour plusieurs raisons, mais je vais essayer d’en exprimer une clairement d’un point de vue globale, ça va être un peu long alors si tu peux essayer de lire, car j’ai tenter de rendre ça le plus clair et à la fois complet pour que tu es une vue d’ensemble et une bonne compréhension, que ca te donne envie d’aller plus loin aussi si tu en as envie.
LES BASES DE LA PHYSIQUES
Il faut savoir que dans notre physique actuelle, appelé le modèle standard, il existe des particules élémentaires, qui sont à l’origine des atomes, des molécules, celles-ci sont bien ordonnées et étudiées.
Il faut comprendre qu’un atome est fait de particules de différentes tailles (les plus connus sont electron, proton, neutron, quark). Les caractéristiques qui définissent ces particules sont toujours les mêmes:
- masse,
> A propos des forces d’interaction, je t’invite vraiment à aller regarder à quoi renvoi ces forces, pour bien comprendre ce que cela implique dans notre Monde pour bien comprendre pourquoi c’est important de savoir que tel particule réagit avec telle autre, ou telle force.
Toutes ces particules sont beaucoup plus nombreuses en réalité que celles indiqué plus haut. Il existe en fait une soixantaine de particules dites élémentaires, qui constituent les atomes et notre environnement (par exemple le photon particule de la lumière).
En réalité il existe tellement de particules élémentaires qu’il a fallu les ranger par famille. Il existe deux immense famille que l’on appel en physique des particules:
Imagine un ballon qui représente la force (un boson) qui matérialise l’action d’un homme H1 sur un autre homme H2 (il le pousse par exemple), le ballon va bouger de l’un vers l’autre et témoigne de l’interaction entre H1 et H2 avec un effet sur H2 qui le fait tomber par exemple. Le boson est donc le responsable de la matérialisation concrète de la force.
Maintenant que tu sais que ces particules existent et qu’elles ont des rôles différents, tu dois prendre conscience qu’elles interagissent toutes entre elles à des niveaux différents. Ces niveaux sont liés aux forces auxquelles elles sont soumises par l’intermédiaire des bosons. Si tu as eu le temps de chercher à comprendre les forces d’interactions entre les éléments comme je te l’ai suggéré ou que tu souhaite le faire, tu sauras vite que chacune des 4 forces agissent à des niveaux différents et ont des caractéristiques propres aussi.
Globalement chaque force agis à une échelle différente (Galaxy, Planète, particules élémentaires précises).
Maintenant que tu comprends que les particules sont nombreuses, qu’elles ont des caractéristiques propres à chacune mais qu’elles sont facilement définissables, qu’elles sont organisés par famille et qu’elles interagissent pratiquement toute à un moment donné entre elles et à des niveaux diverses, tu comprends maintenant globalement comment est régis la physique dite du modèle standard de notre Monde.
DONC POURQUOI LE LHC EST SI IMPORTANT ?
Le LHC est un appareil circulaire (sauf ici exprimé, linéaire dans l’article) qui permet de faire rencontrer (en sens contraire) à des vitesses proche de la vitesse de la lumière des particules élémentaires type proton, electron, etc.
Quel intérêt de faire du destruction derby avec des particules ?
1- Ça permet de créer des particules.
> Ah bon on crée des particules avec des accidents sur la route ?
Oui oui, sous la brutalité du choc, sous l’effet de l’énergie produite, les atomes perdent leur cohésion (la carrosserie se plie et se désolidarise de la voiture) et produisent même de nouvelles particules (la carrosserie est réduite en pièce et va fondre et par réaction chimique produire autre chose par exemple du carbone avec les pièces en feu et de l’eau).
2- Ces nouvelles particules sont capturés dans les grands collisionneurs (d’une 30ène de mettre et faisant plusieurs centaines de tonnes) à différents points du cercle ces fameuses nouvelles particules (eau, carbone par exemple pour continuer dans l’analogie de la voiture).
Et ainsi permettre de faire apparaître des particules qui n’existent que dans des conditions particulières.
> Quel intérêt de faire apparaître ces nouvelles particules ?
Les nouvelles particules comme exprimé plus haut, peuvent jouer différents rôle et même expliquer certaines forces. Ils est donc primordiale d’éclater les atomes, de créer de nouvelles particules que l’on ne voit pas à l’état naturelle afin de créer le plus de situations étrange pour nous susceptible de créer des particules que nous ne connaissons pas.
> Quel intérêt de créer des particules qui n’existeraient que dans ces conditions particulières ?
En vérité les situations particulières ne le sont pas. Elles sont particulières car nous avons construit un appareil pour cela, mais en réalité ces réactions ce font tout le temps à tout moment autour de nous, comme dans l’espace. Toutes les secondes se produisent des réactions entre les particules élémentaires et génèrent de nouvelles particules, mais que nous sommes incapables de voir sans les confiner dans une tube qui les rendront visibles (d’ou le terme de luminosité utilisé aussi dans l’article).
3- L’analyse des particules.
Ces nouvelles particules créé permettent donc en les analysants, de découvrir leur role et expliquer certaines forces, certaines interactions, l’intégrer dans notre analyse et nos modèle physiques complexe pour ajuster toutes équations qui existent en physique et même imaginer voir apparaître du coup une nouvelle physique.
C’est tellement important en physique la précision et l’explication d’un phénomène, qu’un grain de sable, peut complètement changer notre vision du Monde. Il suffit d’une particule, une nouvelle force ou d’une particule de la matière pour tout chambouler ou préciser une vision de la physique.
La précision c’est la différence entre un cercle parfait et autre chose qu’un cercle, c’est la différence entre un centimètre et moins qu’un centimètre, cela à tellement d’impactes qu’analyser parfaitement les bases de la physique, est devenu primordiale pour la compréhension globale, de l’infiniment petit à l’infiniment grand, car les deux sont totalement imbriqué et interdépendants.
#53
#54
#55
Au final, ce qui est très con, c’est que pour booster la recherche il faut des guerres …
Tout ce qui découle du spatial (l’informatique, les matériaux, tout ce qu’on fait de nos jours avec les satellites), c’est parce que les EU et l’URSS se sont tirés la bourre pour savoir qui avait la plus grosse (et que leur objectif premier était de pouvoir envoyer un missile transcontinental sur leur rival). De nombreux progrès en médecine viennent des guerres avec la nécessité de traiter des blessures parfois (souvent ?) très sales. La chimie a fait de gros progrès durant les deux guerres mondiales en raison de besoins militaires (explosifs, carburants …), et d’ailleurs si je ne m’abuse le développement des engrais vient de la nécessité de reconvertir les infrastructures utilisées pour la fabrication d’explosifs azotés.
En temps normal, c’est plutôt: “mais à quoi ça sert de mettre xxx millions dans ce truc de recherche qui sert à rien alors qu’on a déjà tel et tel problème” ?
‘fin bref …
#56
Merci ;)
Je rebondis sur le quote que tu as fais de et j’ajoute du coup.
#57
Si j’ai envie de faire le flemmard, c’est mon bon droit cher monsieur
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