Les scientifiques du CERN conçoivent un accélérateur de particules encore plus puissant
Pour briser les atomes avec une puissance inimaginable.
Le détecteur CMS. Samuel Joseph Hertzog, CERN
Le Grand collisionneur de hadrons (LHC) du Cern est de nouveau en ligne après une période d’arrêt technique de trois ans. Les experts scientifiques de la célèbre installation de recherche ont fait fonctionner le puissant accélérateur à la fin du mois d’avril, et la physique du Run 3 a commencé début juillet. L’ensemble du processus s’est déroulé au niveau d’énergie le plus élevé jamais atteint dans un accélérateur.
Les expériences du LHC devraient permettre de recueillir une telle quantité de données sur la nature à ses plus petits niveaux qu’elles se mesurent en pétaoctets. Alors que des milliers de collaborateurs travaillent sur le modèle standard de la physique des particules et sont toujours à la recherche d’une nouvelle physique, comme la supersymétrie, la matière noire ou même de nouvelles particules non découvertes, les chercheurs du Cern préparent la prochaine itération du LHC.
Se préparer à encore plus d’énergie
À la fin des années 2020, le LHC fonctionnera en tant que LHC à haute luminosité, une version améliorée de l’accélérateur d’origine. Cet accélérateur amélioré fera entrer en collision un plus grand nombre de protons avec plus de luminosité (l’amplification de l’énergie d’un faisceau de particules, comme on utilise une loupe pour concentrer les rayons du soleil et allumer un feu) que jamais auparavant. Les scientifiques prévoient de voir cinq à sept fois plus de collisions qu’avant les améliorations. L’équipement qui détecte la luminosité est également amélioré. Les scientifiques travaillent à l’amélioration des détecteurs afin qu’ils puissent gérer l’augmentation de la luminosité. Les détecteurs fonctionnent actuellement et jusqu’à la fin de l’année 2030 et atteindront un facteur de données 20 fois supérieur à ce qu’il est aujourd’hui.
Le solénoïde compact à muons (CMS) est le détecteur à usage général utilisé au LHC. L’expérience CMS, ainsi que l’expérience Atlas, mettent à niveau plusieurs systèmes. Les laboratoires du monde entier, y compris les universités et même le ministère américain de l’énergie, déploient des efforts considérables. Tous sont impliqués dans la mise à jour des détecteurs. Tout cela signifie que les scientifiques de la CMS seront en mesure de mieux mesurer et reconstruire la manière dont les particules interagissent avec le détecteur. Une meilleure compréhension de la manière dont les particules et les détecteurs interagissent pourrait permettre de mieux comprendre le fonctionnement de l’univers, voire de faire de nouvelles découvertes.
Les mises à jour du détecteur
Le tracker CMS est le processus de cartographie qui suit la façon dont une particule se déplace dans un champ magnétique. Le détecteur de pixels interne et un détecteur de bandes externe seront entièrement remplacés. Le tracker est la partie du détecteur CMS la plus proche de l’endroit où les particules de protons du LHC entrent en collision, au cœur du détecteur. La principale raison pour laquelle les améliorations sont nécessaires dans cette zone la plus interne est que le HL-LHC entrera en collision avec les protons beaucoup plus rapidement, et que les trajectoires des protons se heurteront rapidement les unes aux autres et s’empileront.
L’un des derniers ajouts au détecteur est le détecteur de pixels. Le détecteur à pixels a une granularité plus fine. Par conséquent, les taux doivent être plus élevés, de même que la granularité. En effet, les particules se déplacent plus rapidement et l’augmentation de la granularité et des taux permet de détecter les particules individuelles. Sinon, les particules traversent le détecteur si rapidement que les images de particules résultantes ne sont que des taches.
Il existe plusieurs autres couches de détecteurs. Les détecteurs de temps sont destinés à donner des temps précis au mouvement le long des trajectoires des particules. Le système de déclenchement et d’acquisition de données CMS sélectionne les événements de collision potentiellement les plus intéressants, puis enregistre les données correspondantes. Il écarte les événements les plus bénins pour que les énormes volumes d’informations d’imagerie restent gérables.
Le CMS est équipé de calorimètres. Les calorimètres du baril et de l’embout détectent et mesurent les signatures énergétiques des particules. Avec une résolution spatiale incroyablement fine et une résolution temporelle exceptionnelle, le calorimètre permet une reproduction précise du grand nombre de particules produites.
Les informations sur les muons sont collectées, ce qui constitue une partie essentielle du CMS. Comme l’indique le nom Compact Muon Solenoid, les muons issus de la collision des particules peuvent parcourir une grande distance, et cette partie du détecteur se trouve dans les calorimètres. Les mises à niveau comprennent une synchronisation et une résolution améliorées pour détecter les muons provenant du faisceau à des angles plus larges.
Toutes ces mises à niveau et améliorations ont été étudiées par les collaborateurs pendant des années. Le processus d’ajout de ces améliorations se déroule maintenant par étapes, l’objectif étant d’achever le projet à la fin de 2029.
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Source : Interesting Engineering – Traduit par Anguille sous roche
