Des plans pour agrandir le Grand collisionneur de hadrons
En mars 2010, le LHC a commencé des collisions de protons avec une énergie sans précédent de huit TeV, 4 fois plus que le Tevatron aux États-Unis. Après une année et demie d'activité, le CERN annonçait officiellement en juillet 2012 des preuves de l'observation du boson de Higgs, la pierre angulaire du Modèle standard de la physique des particules. Pour étendre son potentiel de découverte, le LHC nécessitera une mise à niveau majeure. Le projet HILUMI LHC (FP7 high luminosity Large Hadron Collider design study), financé par l'UE, visait à réaliser cette mise à niveau afin de pouvoir observer des processus rares. L'augmentation du taux de collision des particules exige des technologies innovantes basées sur la supraconductivité. Celles-ci comprennent des aimants à champ fort pour guider et concentrer les particules à des énergies ultrarelativistiques, des cavités radio à radiofréquence pour la rotation du faisceau, ainsi qu'une nouvelle génération de collimateurs à faible impédance. L'équipe du projet HILUMI LHC a préparé le travail pour augmenter la luminosité du LHC, d'un facteur dix par rapport à sa conception initiale. Des scientifiques et des ingénieurs de 15 institutions d'Europe ainsi que de Russie, du Japon et des États-Unis ont travaillé ensemble pour trouver comment y arriver. Les partenaires du projet ont défini les paramètres de faisceau nécessaires à l'obtention de la luminosité désirée, ainsi que les caractéristiques des champs magnétiques élevés. Ils ont choisi les principaux paramètres du réseau d'aimants comme ses dimensions, les gradients opérationnels du champ, et la technique d'aimants la plus appropriée. Ils ont aussi entrepris la conception des aimants ainsi que des cavités radio. Des progrès importants ont été réalisés dans la conception des aimants à champ fort grâce à l'utilisation de la technologie Nb3Sn (11-12 teslas, soit 40 % de plus que les champs du LHC), de cavités supraconductrices compactes générant des champs électriques déviants, ainsi que de la cryogénie par hélium superfluide pour le refroidissement. Le projet a aussi franchi d'autres étapes importantes vers la finalisation du concept de la région d'interaction. Les chercheurs ont mis en place des outils numériques au service de techniques sophistiquées pour le nettoyage et la protection des faisceaux entrants, et pour la collimation des résultats des collisions. Ils ont réalisé des simulations de perte de rayon et de dépôt d'énergie afin de définir les besoins en termes de collimation et de déterminer l'impact de nouveaux matériaux dans le système de collimation. Les matériaux montrant les caractéristiques les plus prometteuses étaient des composites en cuivre-diamant et en carbure de molybdène-graphite. Le LHC fournit déjà les faisceaux de protons les plus intenses au monde. Une mise à niveau majeure confortera sa position de leader mondial dans la physique des hautes énergies, et ce jusqu'en 2040. HILUMI LHC s'est appuyé sur une expertise venant du monde entier afin que l'Espace européen de la recherche conserve son attractivité auprès des scientifiques.
Mots‑clés
LHC, stratégie européenne pour la physique des particules, boson de Higgs, HILUMI LHC, taux de collision des particules, aimants à champ fort
