Le LHC entre dans une nouvelle phase

Detlef Kuchler, un physicien du département des faisceaux au CERN, tient un morceau du matériau source de plomb utilisée pour créer des ions lourds dans le LHC Photo: M. Brice / CERN

Genève, le 4 novembre 2010. Au CERN1, l’exploitation 2010 avec protons auprès du LHC a pris fin avec succès aujourd’hui à 08:00 CET. Depuis la fin du mois de mars, lorsque les premières collisions se sont produites à une énergie totale de 7 TeV, les équipes de la machine et des expériences ont rempli tous les objectifs qu’elles s’étaient fixés pour cette première année d’exploitation pour la physique avec protons à cette énergie record, et un nouveau territoire a été exploré. Dans les mois qui restent, une autre phase de l’exploitation du LHC va commencer, durant laquelle des ions plomb seront accélérés et entreront en collision dans la machine pour la première fois.

L'un des grands objectifs de 2010 était de parvenir à une luminosité (une mesure du taux de collisions) de 1032 /cm2/s. Mission accomplie le 13 octobre, avec deux semaines d’avance par rapport au calendrier. Avant que l’exploitation avec protons ne prenne fin, le double de cette luminosité avait été atteint, ce qui a permis aux expériences de doubler la quantité de données collectées en l'espace de quelques jours seulement.

« Cela montre que l'objectif que nous nous étions fixé pour cette année était réaliste, mais ardu, et il est très gratifiant de constater que nous l’avons atteint d’une aussi belle manière, a indiqué le Directeur général du CERN, Rolf Heuer. Et cela prouve l’excellente conception de la machine et la qualité des travaux accomplis pour sa bonne réalisation. C’est de bon augure pour les objectifs que nous nous sommes fixés pour 2011. » Le principal d’entre eux est de permettre aux expériences de collecter suffisamment de données (1 fb -1 dans le jargon des physiciens) pour faire des avancées importantes dans un large domaine de la physique.

Les expériences LHC ont déjà franchi une nouvelle étape avec les premières mesures réalisées à une énergie totale de 7 TeV. Parmi les résultats obtenus à ce jour, on peut citer la validation de certains aspects du modèle standard des particules et des forces à ces nouvelles hautes énergies, les premières observations du quark top dans les collisions proton-proton, les limites fixées pour la production de certaines nouvelles particules, telles les quarks « excités », ainsi que des indices d’effets dans les collisions proton-proton, qui pourraient être liés à des observations faites précédemment dans les collisions d’ions lourds.

« Les expériences nous donnent déjà un avant-goût fascinant d’un nouveau domaine inexploré, a déclaré le Directeur de la recherche et de l’informatique, Sergio Bertolucci. La rapidité avec laquelle les premières mesures de physique ont été obtenues à 7 TeV est directement attribuable à l’excellente performance des détecteurs, à une collecte des données extrêmement productive et à une distribution rapide des données via la Grille de calcul mondiale pour le LHC en vue de leur analyse dans des centres de calcul dans le monde entier. »

La Grille de calcul mondiale pour le LHC (WLCG), sur laquelle s'appuient les différentes expériences de l’accélérateur, concentre la puissance informatique de plus de 140 centres de calcul indépendants répartis dans 34 pays. Elle permet de répondre au million d'analyses demandées quotidiennement par des centaines de physiciens et de transférer les données à des débits impressionnants. Des pics de l'ordre de 10 gigaoctets par seconde ont notamment été observés, équivalant au transfert de deux DVD complets par seconde.

Le passage à une exploitation avec ions plomb (des atomes de plomb débarrassés de leurs électrons) ouvre de toutes nouvelles perspectives au programme LHC pour sonder la matière telle qu’elle existait dans les tout premiers instants de l’Univers. L’un des principaux objectifs de l’exploitation avec ions plomb est de produire d'infimes quantités de cette matière, appelée plasma quark-gluon, et d’étudier son évolution vers la matière qui constitue l’Univers aujourd’hui. Cette étude permettra de mieux comprendre les propriétés de l’interaction forte, qui lie les particules appelées quarks pour former des objets plus grands comme les protons et les neutrons.

« Les collisions d’ions lourds constituent un micro-laboratoire unique pour étudier la matière dense très chaude », a souligné Jurgen Schukraft, porte-parole de l’expérience ALICE, laquelle est optimisée pour étudier les collisions d’ions plomb au LHC. « Avec les ions lourds au LHC, le CERN continuera un voyage commencé en 1994, qui va assurément éclairer sous un nouveau jour le comportement fondamental de la matière et, en particulier, le rôle de l’interaction forte ».

Avec les collisions d'ions plomb, la WLCG s’apprête à faire face à de nouveaux défis dans la mesure où les flux de données seront notablement plus importants que ceux enregistrés lors des collisions proton-proton. Les tests effectués récemment ont démontré que le système de stockage des données du CERN est en mesure d’absorber les données à un taux plus de trois fois supérieur à celui observé lors des collisions proton-proton, et plus de deux fois supérieur à celui prévu initialement pour les collisions d’ions lourds.

Le LHC sera exploité avec des ions plomb jusqu’au 6 décembre, avant un arrêt technique pour maintenance. L’exploitation avec protons reprendra en février et l’expérimentation pour la physique se poursuivra tout au long de 2011.

Note(s)

1. Le CERN, Organisation européenne pour la Recherche nucléaire, est le plus éminent laboratoire de recherche du monde en physique des particules. Il a son siège à Genève. Ses États membres actuels sont les suivants : Allemagne, Autriche, Belgique, Bulgarie, Danemark, Espagne, Finlande, France, Grèce, Hongrie, Italie, Norvège, Pays-Bas, Pologne, Portugal, République slovaque, République tchèque, Royaume-Uni, Suède, Suisse. La Roumanie a le statut de candidat à l’adhésion. Israël est État membre associé en phase préalable à l’adhésion. La Commission européenne, les États-Unis d'Amérique, la Fédération de Russie, l'Inde, le Japon, la Turquie et l'UNESCO ont le statut d'observateur

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