Manoeuvres « magnétiques » au CERN

Genève, le 25 août 2005. De grandes étapes ont été franchies aujourd'hui dans l'installation des deux plus grands aimants jamais construits pour des expériences au CERN1. En un point de l'anneau de 27 km du futur Grand collisionneur de hadrons (LHC), on a fait pivoter de 90° l'aimant solénoïdal de 230 tonnes de l'expérience CMS avant de l'insérer dans son cryostat – le récipient dans lequel l'aimant verra sa température baisser jusqu'à 4,2 K (-269 °C). De l'autre côté de l'anneau, dans la cavité souterraine où se construit le détecteur ATLAS, la dernière des huit bobines de 25 m de long de l'aimant toroïdal a été mise en place, terminant ainsi l'assemblage de l'immense "tonneau magnétique" qui constitue une partie essentielle du détecteur.

Le LHC, en cours de construction, portera à une vitesse proche de celle de la lumière deux faisceaux de particules circulant en sens inverses, qui atteindront un niveau d'énergie de 7 téraélectronvolts (TeV). Les faisceaux entreront en collision frontale au cœur de quatre grands détecteurs de particules – ALICE, ATLAS, CMS et LHCb – situés en différents points de l'anneau de l'accélérateur. Les collisions auront lieu au plus haut niveau d'énergie jamais atteint dans des conditions de laboratoire, et les physiciens sont impatients de découvrir ce qu'elles leur révéleront. ATLAS et CMS sont les plus grands de ces détecteurs, qui nous permettront d'explorer de nouveaux horizons dans le domaine de la matière et de l'énergie, et nous amèneront à une compréhension plus intime de l'Univers.

Le solénoïde de CMS, à qui l'on doit le "S" de l'acronyme CMS (Solénoïde compact pour muons), est une bobine cylindrique supraconductrice : à basse température, il conduit l'électricité sans aucune résistance, ce qui permet de créer des champs magnétiques élevés. Lors de son exploitation, il générera un champ magnétique de 4 teslas et emmagasinera une énergie de 2,6 gigajoules – un niveau record d'énergie stockée dans un aimant qui suffirait pour faire fondre 18 tonnes d'or . D'un diamètre interne de 6,3 m et d'une longueur de 12,5 m, le solénoïde a été construit en cinq modules, de 2,5 m et 45 tonnes chacun, afin de permettre le transport depuis le lieu de fabrication, en Italie, jusqu'au CERN, où tous les modules ont été assemblés pour former la structure définitive. Pour des raisons pratiques, il a été plus facile d'assembler le cylindre en position verticale. Au final, il viendra s'intégrer à l'horizontale dans le détecteur autour du tube dans lequel les faisceaux de particules du LHC entreront en collision frontale. Aujourd'hui, l'ensemble du solénoïde a été basculé de la verticale à l'horizontale, une manœuvre délicate qui a duré au total environ une heure après plusieurs années d'études détaillées et de préparation.

Le détecteur ATLAS, lourd de 7000 tonnes, est plus léger que CMS, qui pèse 12 500 tonnes. Il est par contre beaucoup plus grand : avec ses 46 m de long, 25 m de large et 25 m de haut, il sera le détecteur le plus volumineux jamais construit pour la physique des hautes énergies. La relative légèreté d'ATLAS s'explique par la conception de son système magnétique supraconducteur, qui s'appuie pour une large part sur des aimants toroïdaux sans culasse situés dans la partie "tonneau" et dans les "bouchons", qui génèrent un champ magnétique baignant l'intégralité du détecteur. L'aimant toroïdal de la partie "tonneau" est fait de huit bobines supraconductrices, dont la forme rappelle des rectangles aux angles arrondis. Chacune pèse 100 tonnes et mesure 5 m de large et 25 m de long. Les éléments – les supraconducteurs, les enroulements, leurs caissons, les boucliers thermiques, les supports et les enceintes à vide, provenant d'entreprises et d'ateliers d'instituts du monde entier – ont été assemblés dans leurs cryostats et testés au CERN pendant ces quatre dernières années. En octobre 2004, la première bobine du tonneau a été descendue au bas d'un puits de 18 m de diamètre dans la cavité où s'opère l'assemblage d'ATLAS, à 100 m de profondeur. La huitième et dernière bobine a maintenant été installée à sa place définitive, au sommet de la structure principale d'ATLAS. Le tonneau sera fermé de part et d'autre par les deux aimants toroïdaux des "bouchons" qui devraient être installés en 2006.

Le LHC s'appuie lui-même largement sur des aimants supraconducteurs. Il comprend environ 1800 systèmes magnétiques supraconducteurs qui guideront les deux faisceaux de particules en sens opposés dans l'anneau de 27 km. Le premier des 1232 aimants dipolaires qui orienteront les particules a été descendu dans le tunnel le 7 mars de cette année. A ce jour, c'est un total de plus de 80 systèmes magnétiques qui ont été installés, et la machine tient toujours son calendrier pour démarrer en 2007.

Note(s)

1. Le CERN, Laboratoire européen pour la physique des Particules, a son siège à Genève. Ses Etats membres actuels sont les suivants : Allemagne, Autriche, Belgique, Bulgarie, Danemark, Espagne, France, Finlande, Grèce, Hongrie, Italie, Norvège, Pays-Bas, Pologne, Portugal, République slovaque, République tchèque, Royaume-Uni, Suède et Suisse. L'Inde, Israël, le Japon, la Fédération de Russie, les Etats-Unis d'Amérique, la Turquie, la Commission européenne et l'UNESCO ont le statut d'observateur.

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