Graphique illustrant l’augmentation de la luminosité intégrée des faisceaux du LHC entre mars 2010 et fin juin 2010. Credit: CERN

Après une courte interruption consacrée au développement de la machine, le LHC s’est mis à produire des collisions avec davantage de protons par paquet et plusieurs paquets par faisceau, ce qui a permis une augmentation spectaculaire du nombre de collisions par seconde. La luminosité intégrée fournie aux expériences – une mesure qui combine le nombre de protons contenus dans chaque faisceau, leur énergie et le degré de compression des faisceaux – est passée fin juin à 32 nb-1, soit le double de la luminosité atteinte lors des premières collisions de haute énergie le 30 mars.

Qui dit luminosité plus élevée, dit davantage de collisions, et donc de données précieuses pour les physiciens : à la Grille de calcul mondiale pour le LHC (WLCG), qui transmet les données du LHC aux physiciens du monde entier pour qu’ils les analysent, le flot de données moyen est passé d’environ 420 Mo par seconde à plus de 820 Mo par seconde durant le mois écoulé.

Source: CERN

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Le détecteur OPERA à Gran Sasso. IMAGE: OPERA.

L’énigme du neutrino a commencé avec une expérience inédite menée par le scientifique américain Ray Davis dans les années 60, qui valut par la suite à celui-ci le prix Nobel. Ray Davis observa que le nombre de neutrinos arrivant sur la Terre en provenance du Soleil était bien inférieur à ce que les modèles solaires prédisaient. Donc, soit les modèles solaires étaient erronés, soit il était arrivé quelque chose aux neutrinos pendant le trajet. Une solution possible à cette énigme fut proposée en 1969 par les théoriciens Bruno Pontecorvo et Vladimir Gribov, qui avancèrent pour la première fois que les changements oscillatoires entre différents types de neutrinos – un peu comme les changements de couleur d’un caméléon – pouvaient être responsables du déficit apparent de neutrinos.

Plusieurs expériences menées depuis lors ont permis d’observer la disparition de neutrinos du muon, confirmant ainsi l’hypothèse de l’oscillation, mais, jusqu’ici, on n’avait encore jamais observé l’apparition d’un neutrino du tau dans un faisceau constitué exclusivement de neutrinos du muon : c’est la première fois que l’on surprend un neutrino en train de muter du type muonique au type tauique.

Pour Antonio Ereditato, porte-parole de la collaboration OPERA, cet événement est “un résultat important qui récompense l’ensemble de la collaboration OPERA pour son investissement pendant toutes ces années et qui confirme les choix judicieux que nous avons fait pour cette expérience. Nous sommes convaincus que ce premier événement sera suivi d’autres du même type, ce qui confirmera l’oscillation des neutrinos”.

“L’expérience OPERA a atteint son but premier: la détection, survenue durant le trajet entre Genève et le Laboratoire du Gran Sasso, d’un neutrino du tau résultant de la transformation d’un neutrino du muon,” explique Lucia Votano, directrice des laboratoires du Gran Sasso. “Ce résultat important récompense dix années d’intenses efforts déployés par la Collaboration avec l’appui du Laboratoire et confirme une nouvelle fois que le LNGS est un laboratoire de premier plan en astrophysique des particules”.

Ce résultat est le fruit de sept années de préparation et de plus de trois années d’alimentation en faisceaux par le CERN. Durant cette période, des milliards de milliards de neutrinos du muon ont été envoyés du CERN vers le Gran Sasso, la durée d’un voyage n’étant que de 2,4 millisecondes. L’oscillation des neutrinos étant un phénomène rare, et les neutrinos interagissant très faiblement avec la matière, ce type d’expérience est extrêmement délicat. Le faisceau de neutrinos du CERN a été lancé pour la première fois en 2006, et depuis, les chercheurs de l’expérience OPERA passent leurs données au crible pour démontrer l’existence de particules tau, qui révélerait qu’un neutrino du muon s’est transformé en un neutrino du tau. Comme le souligne Roberto Petronzio, président de l’INFN, dans ce type d’expérience de physique des particules, la patience est mère de toutes les vertus.

“On doit ce succès à la ténacité et à la créativité des physiciens du monde entier, qui ont conçu un faisceau de particules spécialement pour cette expérience,” souligne Roberto Petronzio. “Le projet initial du Gran Sasso est ainsi couronné de succès. En effet, lors de leur construction, les laboratoires avaient été orientés de façon à pouvoir recevoir des faisceaux de particules en provenance du CERN”.

Au CERN, les neutrinos sont produits par un faisceau de protons accéléré qui percute une cible. Lorsque les protons frappent la cible, des particules appelées pions et kaons sont créées. Ces particules se désintègrent rapidement et donnent ainsi naissance aux neutrinos. Contrairement aux particules chargées, les neutrinos ne sont pas sensibles aux champs électromagnétiques qu’utilisent généralement les physiciens pour modifier les trajectoires des faisceaux. Ils traversent la matière sans interagir avec elle et ne changent jamais de direction. Ainsi, dès leur création, ils suivent une trajectoire rectiligne à travers l’écorce terrestre. Pour cette raison, il est extrêmement important que, dès le départ, le faisceau pointe exactement dans la direction du Gran Sasso.

“Cet événement marque une étape importante pour la physique des neutrinos,” déclaré Rolf Heuer, directeur général du CERN. “J’adresse mes félicitations à l’expérience OPERA et aux laboratoires du Gran Sasso, ainsi qu’aux départements responsables des accélérateurs du CERN. Nous avons tous hâte de découvrir la nouvelle physique que ce résultat laisse présager.”

L’observation d’oscillations du neutrino, en refermant un chapitre de la connaissance de la nature des neutrinos, ouvre la voie à une nouvelle physique. Selon les théories sur lesquelles s’appuient les physiciens pour expliquer le comportement des particules fondamentales – ce qu’on appelle le modèle standard – les neutrinos ne possèdent pas de masse. Or, pour qu’ils puissent osciller, les neutrinos doivent avoir une masse ; il doit donc manquer quelque chose dans le modèle standard. S’ils se servent de ce modèle pour décrire les particules qui forment l’Univers visible et leurs interactions, les physiciens savent depuis longtemps qu’il est loin de tout expliquer. Une possible pièce manquante serait l’existence d’autres types de neutrinos non encore observés à ce jour, qui pourraient faire la lumière sur la matière noire, censée constituer environ un quart de la masse de l’Univers.

Plus d’informations, de photos et de vidéos sur:
http://operaweb.lngs.infn.it/
http://operaweb.lngs.infn.it/spip.php?rubrique2

http://cdsweb.cern.ch/record/1268443

1.L’INFN, Institut national italien de physique nucléaire, finance, coordonne et met en œuvre des activités de recherche scientifique en physique nucléaire et subnucléaire et en astrophysique des particules, et participe au développement des technologies qui s’y associent. Il travaille en collaboration avec des universités, contribue à divers débats sur la scène internationale et participe à des programmes de coopération. L’Institut a été créé le 8 août 1951 par des physiciens de Milan, Padoue, Rome et Turin dans le but de poursuivre et de promouvoir les recherches entamées par l’équipe de chercheurs d’Enrico Fermi dans les années 30. L’INFN, qui se développe continûment depuis 50 ans, compte aujourd’hui 30 unités de recherche, quatre laboratoires nationaux et un centre de traitement des données. En outre, le Laboratoire européen pour la gravitation (EGO), créé conjointement par l’INFN et le CNRS (Centre national français de la recherche scientifique), est implanté dans la région de Pise. Sur les plus de 5000 personnes qui travaillent pour l’Institut, 2000 sont employées directement par celui-ci, 2000 sont membres du personnel de l’université et plus de 1000 sont étudiants ou boursiers.

2.Le CERN, l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire, est l’un des plus grands et des plus prestigieux laboratoires de physique des particules du monde. Il a son siège à Genève. Actuellement, ses États membres sont l’Allemagne, l’Autriche, la Belgique, la Bulgarie, le Danemark, l’Espagne, la Finlande, la France, la Grèce, la Hongrie, l’Italie, la Norvège, les Pays-Bas, la Pologne, le Portugal, la République slovaque, la République tchèque, le Royaume-Uni, la Suède et la Suisse. L’Inde, Israël, le Japon, la Fédération de Russie, les États-Unis d’Amérique, la Turquie, la Commission européenne et l ‘UNESCO ont le statut d’observateur.

Source: CERN

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L’expérience MoEDAL dans la caverne du détecteur VELO de LHCb. Source de l’image : Collaboration MoEDAL.

MoEDAL est la plus récente des expériences qui exploreront les collisions de particules dans le Grand collisionneur de hadrons. Approuvée par la Commission de la Recherche en décembre 2009, l’expérience MoEDAL recherchera des particules exotiques très spécifiques.

Le dispositif est relativement petit, peu coûteux et d’une installation rapide, mais son potentiel de découverte pour la physique est énorme. Le détecteur MoEDAL sera constitué de couches de plastique fixées aux parois et au plafond de la caverne abritant le détecteur VELO de l’expérience LHCb. Les physiciens se mettront en quête de piqûres coniques colinéaires, la trace caractéristique qu’y laisseront les particules stables fortement ionisantes telles que les monopôles magnétiques et les particules supersymétriques stables et massives lorsqu’elles traverseront le plastique du détecteur.

MoEDAL est une collaboration internationale constituée de physiciens d’Allemagne, du Canada, du CERN, des États-Unis, d’Italie, de la République tchèque et de Roumanie. Ses membres ont déjà déployé le premier mètre carré de plastique dans la caverne de LHCb et s’apprêtent à installer le reste du détecteur pendant la prochaine période d’arrêt prolongé du LHC, laquelle commencera à la fin de l’année 2011.

Pour plus d’informations :

• CERN Courier: MoEDAL becomes the LHC’s magnificent seventh
• CERN Bulletin: The Magnificent Seventh
• For further information, including the Technical Design Report, see: http://web.me.com/jamespinfold/MoEDAL_site/Welcome.html

Source: CERN

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@CERN

 
Ces dernières années, les scientifiques ont recueilli de nombreux indices de l’existence dans l’Univers d’un nouveau type de matière. Ils lui ont donné le nom de « matière noire », car celle-ci n’émet ni n’absorbe aucun rayonnement électromagnétique. « La mesure de la vitesse de rotation des corps astronomiques dans les galaxies spirales nous apporte l’une des principales preuves de son existence », explique Gian Giudice, membre du groupe Théorie du CERN et auteur du récent ouvrage intitulé A Zeptospace Odyssey, traitant de la physique au LHC et destiné au grand public. Selon les lois du mouvement de Newton, cette vitesse varie selon la distance depuis le centre de la galaxie : plus un objet en est éloigné, moins sa vitesse de rotation serait élevée. Cependant, dans les années 70, des astronomes ont découvert que la vitesse de rotation des étoiles lointaines était plus rapide que ce que l’on prévoyait. « À une telle vitesse, la force gravitationnelle attractive exercée par la masse visible ne serait pas suffisante pour maintenir les étoiles à l’intérieur de la galaxie ; celles-ci s’échapperaient tout simplement », poursuit Gian. Par conséquent, il doit exister quelque chose qui exerce une attraction gravitationnelle capable de maintenir la galaxie en place.

« La deuxième preuve solide laissant penser que la matière noire existe est l’effet de « lentille gravitationnelle », qui s’observe lorsqu’un amas galactique courbe la lumière provenant d’objets lointains. La manière dont cette lumière est déviée montre que la masse totale contenue dans l’amas galactique doit être bien plus importante que ce que l’on peut observer », explique Gian. De plus, des études sur la manière dont les premiers atomes et les premières molécules ont formé l’Univers montrent que la matière ordinaire ne peut pas constituer plus de 4 % de celui-ci. De ce constat, les scientifiques excluent la possibilité que la matière invisible se compose d’objets massifs, tels que des planètes de la taille de Jupiter. Pour autant, la théorie et les observations n’excluent pas que la matière noire soit faite de trous noirs primordiaux, dans lesquels pourraient être retenues de grandes quantités de matière. Cette dernière possibilité semble toutefois très peu probable, et les scientifiques seraient enclins à penser que la matière noire est formée de particules d’un genre nouveau.

Comment le LHC pourrait-il éclairer les physiciens ?

« La matière noire, qui reste à découvrir, devra répondre à certains critères établis à partir des observations et de la théorie, précise Gian. Elle doit être stable, ne transporter aucune charge et être relativement lourde. »

En s’appuyant sur les études réalisées sur l’évolution de l’Univers, les scientifiques ont pu déduire la masse des constituants de la matière noire et l’ont située entre 100 GeV et 1 TeV (pour référence, la masse du proton est d’environ 1 GeV). Ce qui est intéressant, c’est qu’il s’agit exactement de la même gamme de masses dans laquelle les théories au-delà du modèle standard prévoient l’existence de nouvelles particules.

« Le LHC explorera précisément cette gamme d’énergies. Par conséquent, si des particules nouvelles existent, le LHC a de grandes chances de les découvrir, confirme Gian. Selon la théorie du modèle supersymétrique, trois particules sont possibles pour la matière noire : le neutralino, le gravitino et le sneutrino. Il importe toutefois de noter que la supersymétrie n’est pas l’unique scénario possible. »

Il y a donc pléthore de scénarios possibles, et même si les expériences LHC trouvent des preuves de l’existence de particules nouvelles, on ne pourra pas affirmer qu’il s’agit des véritables constituants de la matière noire ; d’autres expériences spécifiques devront le confirmer (voir encadré).

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Des profondeurs de la Terre aux confins de l’espace
D’autres expériences traquent les insaisissables particules de la matière noire. Certaines d’entre elles, comme CDMS du laboratoire Soudan, dans le Minnesota, ou XENON et DAMA, du laboratoire Gran Sasso, en Italie, sont installées sous terre. D’autres, notamment Pamela et Fermi (également à Gran Sasso), sont en orbite autour de notre planète.

Une image composite de l’« Amas du boulet » (résultant de la collision de deux amas de galaxies). L'effet de « lentille gravitationnelle » permet de visualiser la quantité de matière noire (en bleu) en sus de la matière normale (gaz chaud, en rose).

Source:  Francesco Poppi – CERN

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Une collision à 7 TeV captée par le détecteur LHCb. L'expérience LHCb, au LHC, est toute designée pour chercher à percer le mystère de l'antimatière. Credit: CERN

Chaque fois que de l’énergie est transformée en matière, une quantité égale de particules et d’antiparticules apparaissent. Inversement, lorsque la matière rencontre l’antimatière, les deux s’annihilent en produisant de la lumière. De l’antimatière est produite en permanence lorsque les rayons cosmiques viennent frapper l’atmosphère terrestre, et l’annihilation de la matière et de l’antimatière est observée pendant les expériences de physique dans les accélérateurs de particules.

Si l’Univers contenait des régions d’antimatière, nous devrions observer des flux intenses de photons aux frontières des régions de matière et des régions d’antimatière. « Les expériences qui mesurent le fonds diffus de gamma dans l’Univers repèreraient ces émissions de lumière, explique Antonio Riotto, du groupe Théorie du CERN. Si rien n’est détecté, on peut en conclure que les domaines de matière ont au moins la taille de la totalité de l’Univers visible. »

Quelle est la cause de la disparition de l’antimatière au profit de la matière ? « En 1967, le physicien russe Andreï Sakharov a suggéré que des forces opérant de façon différenciée entre matière et antimatière, ce qu’on appelle des effets de ‛violation de CP’, pourraient avoir modifié la symétrie initiale matière-antimatière lorsque des déviations par rapport à l’équilibre thermique de l’Univers se sont produites », déclare Antonio Riotto. Dans l’Univers froid d’aujourd’hui, nous observons seulement à de rares occasions des effets de violation de CP, dans lesquels la Nature préfère la création de matière à la création d’antimatière. De tels effets ont d’abord été découverts dans les désintégrations de mésons K contenant des quarks étranges ; ils ont ensuite été observés dans les désintégrations de mésons B contenant des quarks b.

Aujourd’hui, les scientifiques pensent que l’Univers primordial pourrait avoir connu une phase de transition au cours de laquelle l’équilibre thermodynamique a été rompu, alors que la densité de l’Univers était très forte et que la température moyenne était un milliard de fois (ou plus) la température du centre du Soleil. « Certains physiciens pensent que ce processus pourrait s’expliquer par la création de sortes de bulles qui se sont progressivement étendues, imposant ainsi leur nouvel équilibre sur la totalité de l’Univers préexistant », explique Antonio Riotto. Quelle qu’ait été la dynamique réelle de cette phase, l’important est qu’une particule de matière sur 10 milliards aurait survécu, alors que toutes les autres se sont annihilées avec les antiparticules correspondantes.

Comment le LHC peut-il aider à résoudre le mystère ? En étudiant les désintégrations rares, les expériences peuvent nous apporter des informations plus précises sur les phénomènes liés à la violation de CP impliquant les particules connues et de nouvelles particules, telles que les mésons contenant à la fois des quarks b et des quarks étranges. De plus, si de nouvelles particules supersymétriques sont découvertes au LHC, certains des scénarios possibles intégrant une phase de non-équilibre pourraient trouver une confirmation expérimentale. « Si l’on découvre au LHC un boson de Higgs ayant une masse inférieure à 130 GeV, et si cette découverte est associée à la détection d’une particule supersymétrique légère appelée ‛stop′, on pourrait avoir la preuve expérimentale que la phase de non-équilibre s’est produite par la formation de bulles », conclut Antonio Riotto.

Quoi qu’il en soit, comme la disparition de l’antimatière primordiale ne peut être expliquée par la théorie du modèle standard actuel, il est clair que nous devons chercher une nouvelle théorie. Les physiciens explorent plusieurs pistes, mais, étant donné que ce que nous observons ne représente qu’environ 4% de l’énergie et de la matière dont l’Univers est constitué, il est à supposer que l’explication du mystère de l’antimatière est à chercher notamment dans la partie de l’Univers encore inconnue. Avec son très fort potentiel de découverte, le LHC permettra certainement d’apporter quelques réponses.

@CERN

Source: Francesco Poppi – CERN

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Collisions a 7 TeV captées par les expériences du LHC : ALICE, ATLAS, CMS, LHCb. Credit: CERN

Genève, le 30 mars 2010. À 13h06, des faisceaux sont entrés en collision à une énergie de 7 TeV, donnant ainsi le coup d’envoi au programme de recherche du LHC. Dans le monde entier, des physiciens des particules se préparent à une moisson potentiellement riche de données de nouvelle physique ; le LHC entame en effet sa première longue période d’exploitation à une énergie trois fois et demie supérieure aux énergies atteintes précédemment dans un accélérateur de particules.

« C’est un grand jour pour les physiciens des particules, déclare Rolf Heuer, directeur général du CERN1. Nombreux sont ceux qui attendent ce moment depuis longtemps, et leur patience et leur persévérance ont fini par payer. »

« Avec ces énergies de collision record, les expériences LHC vont pouvoir aborder une vaste région à explorer ; on va commencer à traquer la matière noire, les nouvelles forces et les nouvelles dimensions, ainsi que le boson de Higgs, indique Fabiola Gianotti, porte-parole de la collaboration ATLAS. Le fait que les expériences aient déjà publié des articles sur la base des données enregistrées l’an passé est de très bon augure pour cette première période d’expérimentation. »

« Nous avons tous été impressionnés par les performances du LHC à ce jour, souligne Guido Tonelli, porte-parole de l’expérience CMS. Il est particulièrement gratifiant de constater à quel point nos détecteurs fonctionnent bien. Nos équipes de physiciens, dans le monde entier, analysent déjà les données. Nous allons bientôt nous attaquer à certaines grandes énigmes de la physique moderne comme l’origine de la masse, la grande unification des forces et la présence abondante de matière noire dans l’Univers. Nous devons nous attendre à vivre des moments exceptionnels. »

« C’est le moment que nous attendons et auquel nous nous préparons depuis longtemps, déclare Jürgen Schukraft, porte-parole d’ALICE. Nous comptons beaucoup sur les résultats des collisions de protons et, plus tard dans l’année, des collisions d’ions lourds, pour arriver à mieux comprendre la nature de l’interaction forte et l’évolution de la matière dans l’Univers primordial. »

« LHCb est prête pour la physique, souligne Andreï Golutvin, porte-parole de l’expérience. Un grand programme de recherche nous attend. Il nous permettra d’étudier en profondeur la nature de l’asymétrie entre matière et antimatière. »

Le CERN exploitera le LHC sur une période allant de 18 à 24 mois, avec pour objectif de fournir aux expériences suffisamment de données pour réaliser des avancées notables via des branches très diverses de la physique. Dès qu’elles auront « redécouvert » les particules de l’actuel modèle standard, préalable indispensable à l’étude d’une nouvelle physique, les expériences LHC partiront à la recherche systématique du boson de Higgs. Grâce à la quantité de données attendues (1 fb-1 dans le jargon des physiciens), la combinaison des données obtenues par ATLAS et CMS permettra d’explorer un large domaine de masses, et il y aura une chance bien réelle de découverte si la masse du Higgs avoisine les 160 GeV. Si la particule est beaucoup plus légère ou beaucoup plus lourde, il sera difficile de la découvrir pendant cette première période d’expérimentation.

S’agissant de la supersymétrie, ATLAS et CMS disposeront chacune de suffisamment de données pour multiplier par deux la sensibilité actuelle aux nouvelles découvertes. Aujourd’hui, les expériences sont sensibles à certaines particules supersymétriques dont les masses vont jusqu’à 400 GeV. Le LHC, avec 1fb-1, va permettre d’aller jusqu’à 800 GeV.

« Le LHC a de bonnes chances de découvrir au cours des deux années à venir des particules supersymétriques, explique Rolf Heuer, ce qui pourrait nous permettre de mieux comprendre de quoi est constitué environ un quart de l’Univers. »

Et même à l’autre extrémité – plus exotique – du spectre des découvertes possibles, cette première période d’exploitation du LHC doublera notre potentiel de découvertes. Les expériences LHC seront sensibles à de nouvelles particules massives indiquant la présence de nouvelles dimensions et ayant des masses allant jusqu’à 2 TeV (contre 1 TeV actuellement).

« Plus de 2000 doctorants attendent avec impatience des données des expériences LHC, souligne Rolf Heuer. Ils auront le privilège de rédiger les premières thèses à la nouvelle frontière des hautes énergies. »

À l’issue de cette période d’exploitation, le LHC sera arrêté pour que l’on puisse procéder aux opérations de maintenance usuelles et terminer les réparations et les travaux de consolidation requis suite à l’incident survenu le 19 septembre 2008 pour pouvoir atteindre l’énergie nominale de 14 TeV. Jusqu’à présent, les accélérateurs du CERN fonctionnaient selon un cycle annuel : ils étaient exploités pendant sept à huit mois et arrêtés quatre à cinq mois chaque année. Étant donné que le LHC est une machine cryogénique fonctionnant à très basse température, il lui faut environ un mois pour être ramené à température ambiante et un autre mois pour être refroidi. Un arrêt de quatre mois dans le cadre d’un cycle annuel ne se justifie donc plus. C’est la raison pour laquelle le CERN a décidé de passer à un cycle plus long avec des périodes de fonctionnement plus longues et des arrêts eux aussi plus longs en cas de besoin.

« Deux années d’exploitation continue ne seront pas de tout repos pour les opérateurs du LHC et les expériences, mais le jeu en vaudra bien la chandelle, précise Rolf Heuer. En commençant par une longue période d’exploitation et en concentrant sur une seule période d’arrêt la préparation des collisions à 14 TeV, nous augmentons la durée d’exploitation totale au cours des trois années à venir. Ainsi, nous pourrons rattraper le temps perdu et donner toutes leurs chances aux expériences d’imprimer leur marque. »

Pour plus d’information

http://cern.ch/press/lhc-first-physics/

Source: CERN

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L'un des opérateurs du LHC au Centre de contrôle du CERN pendant la montée record en énergie de faisceau, le 19 mars. Photo: M. Brice / CERN.

Genève, le 23 mars 2010. Le Grand collisionneur de hadrons étant à présent exploité couramment avec des faisceaux en circulation à 3,5 TeV, l’énergie la plus élevée jamais atteinte dans un accélérateur de particules, le CERN a pu fixer la date du lancement du programme de recherche du LHC : le premier essai de collisions à 7 TeV (3,5 TeV par faisceau) est prévu pour le 30 mars.

“Avec deux faisceaux à 3,5 TeV, nous nous apprêtons à lancer le programme de physique du LHC,” a déclaré Steve Myers, directeur des accélérateurs et de la technologie. “Mais nous avons encore beaucoup de travail avant d’obtenir des collisions. Aligner les faisceaux est en soi déjà un défi: cela revient un peu à lancer des aiguilles à travers l’Atlantique et à les faire entrer en collision à mi-parcours.”

D’ici au 30 mars, l’équipe du LHC travaillera avec des faisceaux à 3,5 TeV afin de mettre en service les systèmes de contrôle des faisceaux ainsi que les systèmes protégeant les détecteurs des particules parasites. Avant que les collisions puissent avoir lieu, tous ces systèmes doivent être entièrement mis en service.

“Le LHC n’est pas une machine de série,” précise Rolf Heuer, directeur général du CERN. “La machine fonctionne bien, mais nous sommes encore en pleine phase de mise en service, et nous devons admettre que cette première tentative de collision n’est bel et bien qu’une tentative. Il faudra peut-être des heures, voire des jours, pour obtenir des collisions.”

La dernière fois que le CERN a enclenché une nouvelle grande installation de recherche, à savoir le Grand collisionneur électron-positon (LEP), en 1989, les premières collisions de particules ont été enregistrées trois jours après le premier essai de collision.

La période d’exploitation actuelle du LHC a commencé le 20 novembre 2009, avec un premier faisceau en circulation à 0,45 TeV. Les événements se sont ensuite enchaînés rapidement : le 23 novembre, on a fait circuler les deux faisceaux et, le 30 novembre, on a atteint un record mondial d’énergie de faisceau, avec 1,18 Tev. Avant l’arrêt de 2009 du LHC, le 16 décembre, un autre record a été atteint, avec des collisions enregistrées à 2,36 TeV, produisant une quantité importante de données. Au cours de l’exploitation de 2009, chacune des quatre grandes expériences du LHC, à savoir ALICE, ATLAS, CMS et LHCb, a enregistré plus d’un million de collisions de particules, dont les données ont été réparties sans encombre dans le monde entier, via la grille de calcul du LHC, en vue de leur analyse. Les premiers articles de physique ne se sont pas fait attendre. Après un court arrêt technique, les faisceaux ont circulé de nouveau le 28 février 2010, et la première accélération jusqu’à 3,5 TeV a eu lieu le 19 mars.

Une fois que les collisions à 7 TeV auront été effectuées, il est prévu d’exploiter le LHC en continu pendant une période allant de 18 à 24 mois, avec un court arrêt technique à la fin de 2010. On disposera alors de suffisamment de données dans tous les domaines où des découvertes sont susceptibles d’être faites pour confirmer la prééminence du LHC au plan mondial dans le domaine de la physique des hautes énergies.

Le premier essai de collisions de protons à 7 TeV sera retransmis sur le web le jour même. On trouvera des informations plus détaillées à l’adresse suivante: http://press.web.cern.ch/press/lhc-first-physics/

Source: CERN

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CERN Operations Group leader Mike Lamont (foreground) and LHC engineer in charge Alick Macpherson in the CERN Control Centre this morning. Photo: M. Brice / CERN.

Le Grand collisionneur de hadrons (LHC), le plus grand accélérateur de particules au monde, a atteint vendredi matin un niveau d’énergie sans précédent qui sera maintenu jusqu’à la fin de 2011, a annoncé l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN).

Deux faisceaux de protons ont circulé vendredi dans le collisionneur construit à 100 m sous terre, sur la frontière franco-suisse, à 3,5 TeV (3,5 téraélectronvolts, soit 3.500 milliards d’électronvolts). Les opérateurs préparent la machine en vue des collisions de haute énergie prévues à la fin du mois, rapporte le CERN.

Le collisionneur dont la construction a coûté plus de 6 milliards d’euros, a démarré pour la première fois en septembre 2008. Toutefois il a été arrêté le 19 septembre 2008 à la suite d’un accident dans le secteur 3-4. Le LHC a été remis en marche dans la nuit du 20 au 21 novembre 2009, après un an de réparations, mais a de nouveau été arrêté en décembre pour une série de vérifications techniques et de tests d’efficacité. Le 28 février, le collisionneur a été remis en service pour une période de 18 à 24 mois.

Les physiciens comptent faire de nouvelles découvertes scientifiques après que le collisionneur aura atteint 7 TeV.

A screenshot of the main LHC display screen this morning, after the successful ramp in energy

Source: RiaNovosti

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Directeur Générale du CERN, Rolf Heuer. Photo M. Brice / CERN

L’exploitation 2010 du LHC a commencé depuis déjà une semaine et le démarrage de la physique à 7 TeV est imminent. La semaine dernière, les participants à l’atelier annuel de La Thuile en Italie ont pu faire le point sur ce que la première période d’exploitation du LHC pour la physique pourrait bien nous réserver. Ils ont pris conscience de l’effervescence qui règne au CERN et dans les laboratoires de physique des particules du monde entier, et ce, à juste titre, puisque nous nous apprêtons à ouvrir la voie à un potentiel de découvertes sans précédent pour la physique des particules depuis plus d’une décennie.

Notre objectif pour les 18 à 24 mois à venir est de fournir aux expériences 1 fb-1 (femtobarn) de données. En d’autres termes, suffisamment de données pour réaliser des avancées notables via des branches très diverses de la physique.

Prenons la supersymétrie. ATLAS et CMS disposeront chacune de suffisamment de données pour élargir notablement la sensibilité actuelle aux nouvelles découvertes. Aujourd’hui, les expériences sont sensibles à certaines particules supersymétriques dont les masses vont jusqu’à environ 400 GeV. Le LHC, avec 1fb-1, va permettre d’aller jusqu’à environ 800 GeV. Cela signifie que, au cours des deux années à venir, les expériences LHC exploreront, dans leur recherche de la supersymétrie (SUSY), un territoire aussi vaste que celui couvert dans l’histoire de la physique des particules jusqu’à ce jour. En d’autres termes, il se pourrait bien que le LHC, dans les deux années à venir, découvre des particules supersymétriques, avec la possibilité également d’élucider la nature de la matière noire, qui représente environ un quart de la masse et de l’énergie de notre Univers.

Prenons un autre exemple, le boson de Higgs. Les derniers résultats obtenus par le CERN à ce sujet remontent à une dizaine d’années avec le LEP. Durant la dernière année d’exploitation du LEP, certains indices séduisants de l’éventuelle présence du boson de Higgs avaient été décelés, mais tout ce que nous pouvions alors affirmer avec certitude c’était que cette particule devait avoir une masse supérieure à environ 115 GeV. Depuis, le Tévatron a permis de réaliser de grands progrès en la matière en excluant certains domaines de masses probables pour le Higgs. Les analyses qu’ATLAS et CMS pourront effectuer ensemble à partir des 1 fb-1 de données du LHC permettront d’explorer un large domaine de masses, et il y aura une chance bien réelle de découverte, si la masse du Higgs avoisine les 160 GeV.

À l’autre extrémité – bien plus exotique – des découvertes possibles, les expériences LHC seront sensibles à de nouvelles particules massives qui pourraient signaler la présence de dimensions supplémentaires. Il sera possible de découvrir des particules ayant une masse pouvant aller jusqu’à 2 TeV, alors qu’aujourd’hui, on se situe aux alentours de 1 TeV.

Pour toutes ces raisons, il fait bon en ce moment être physicien des particules, et en particulier étudiant dans cette discipline. Quelque 2 500 doctorants attendent avec impatience les données que produiront toutes les expériences LHC, à savoir ALICE, ATLAS, CMS, LHCb, LHCf et TOTEM. Ils forment un cercle de privilégiés qui s’apprête à rédiger les premières thèses de doctorat à la nouvelle frontière des hautes énergies.

Deux années d’exploitation continue ne seront pas de tout repos pour les opérateurs du LHC et les expériences, mais le jeu en vaudra bien la chandelle. En renonçant au cycle d’exploitation traditionnel du CERN sur une année, nous augmenterons la durée d’exploitation totale et, ainsi, les chances de découvertes au cours des trois prochaines années. À l’issue de cette période d’exploitation, on procédera, lors d’une période d’arrêt unique, aux préparatifs en vue de collisions à 14 TeV, un nouveau grand pas dans ce territoire vierge, aussi grand que celui que nous sommes sur le point de faire.

Source : CERN

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(Above) Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02) integration activities in Geneva, Switzerland. AMS will be launched on STS-134. Image : CERN

Traverser l’Europe avec un chargement de 8,5 tonnes rempli d’hélium superfluide est tout sauf ordinaire. Le détecteur AMS a tout d’abord été installé dans une structure de support construite spécialement par les ingénieurs mécaniciens de la collaboration, puis enveloppé dans un film plastique protecteur, placé dans une caisse pour enfin être chargé avec précaution sur un camion spécial qui transportait également un générateur diesel alimentant une pompe destinée à maintenir l’hélium à la bonne température (environ 2 K). Le centre européen de recherche et de technologies spatiales (ESTEC) de l’ESA, première étape du voyage, se situe à environ 600 km du CERN. Une vingtaine de membres de la collaboration CMS ont accompagné le convoi, cinq d’entre eux dans une voiture qui a suivi le camion à 45 km/h. Le transport, qui a duré six jours, a été confié à une entreprise allemande qui avait déjà convoyé l’aimant d’AMS et certaines parties du détecteur CMS.

Alors qu’ils disaient au-revoir au convoi, les membres de la collaboration, qui ont passé les trois derniers jours à préparer cette cargaison un peu particulière, espéraient bien ne jamais revoir le détecteur au CERN. Cela signifierait en effet qu’AMS aura obtenu le feu vert pour son prochain voyage à destination du Centre spatial Kennedy.
Une fois à l’ESTEC, AMS sera placé dans la chambre d’essais thermiques sous vide de l’ESA, qui simule le vide spatial afin de tester la capacité du détecteur d’échanger de la chaleur et donc de maintenir son équilibre thermique, une caractéristique essentielle pour le fonctionnement de l’électronique du détecteur, en particulier son aimant supraconducteur exceptionnel, le premier du genre à être lancé dans l’espace. Si tout se passe bien, vers la fin mai, le détecteur s’envolera à bord d’un C5 de l’US Air Force à destination du Centre spatial Kennedy de la NASA, en Floride. Il sera alors préparé pour embarquer à bord de la navette spatiale Discovery pour l’avant-dernière mission (STS-134) de la navette, avant que la NASA ne mette fin au programme. Le lancement est prévu pour juillet.

Une fois arrimé à l’ISS, AMS étudiera des questions fondamentales sur la matière, l’origine et la structure de l’Univers, directement depuis l’espace. La recherche de la matière noire et de l’antimatière seront ses principaux objectifs, dans le cadre d’un programme complémentaire à celui du Grand collisionneur de hadrons (LHC). Les données collectées par AMS dans l’espace seront transmises à Houston (États-Unis), puis au CERN, où se situe le centre de contrôle du détecteur, et vers un certain nombre de centres régionaux d’analyse de physique mis sur pied par les instituts partenaires.
Les éléments du détecteur AMS ont été construits par une équipe internationale, avec des contributions notables d’États membres du CERN (Allemagne, France, Italie, Espagne, Portugal et Suisse), ainsi que de la Chine et des États-Unis. L’assemblage et les tests avec faisceaux ont été réalisés au CERN, avec l’aide des services techniques du Laboratoire. Un faisceau de protons provenant du SPS a notamment servi à vérifier la résolution en impulsion du détecteur et permis de qualifier le spectromètre pour la mesure de l’impulsion des particules et de la courbure des trajectoires. La capacité d’AMS de différencier les électrons des protons a également été testée au CERN. C’est un aspect très important pour la mesure des rayons cosmiques, constitués à 90% de protons, qui forment un bruit de fond naturel pour d’autres signaux qui intéressent les scientifiques d’AMS.

Pour en savoir plus sur l’arrivée d’AMS à ESTEC, cliquez ici.

Source : CERN

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