LHC (Large Hadron Collider)

Construction du LHC et premières données

La construction du LHC commence en 1998, deux ans avant l’arrêt du LEP (le 20 novembre 2000), et durera dix ans. Les travaux de recherche et développement ont quant à eux débuté dès 1990 et près de vingt ans seront nécessaires pour mettre au point tous les appareillages. Le système d’accélération des particules est constitué par un ensemble de seize cavités radiofréquence (enceintes métalliques abritant un champ électromagnétique). Cependant, ce sont ses 9 000 et quelques aimants qui font du LHC une machine exceptionnelle. Parmi eux, les 1 232 dipôles qui servent à courber la trajectoire des faisceaux ont constitué un véritable défi technologique : dix ans de recherche et développement, quatre générations de prototypes, puis quatre ans de production industrielle. Il s’agit d’aimants supraconducteurs de quatorze mètres de longueur, pesant trente-cinq tonnes et qui doivent être alignés le long du tunnel avec une précision d’une centaine de micromètres. La supraconductivité – propriété de certains matériaux à conduire l’électricité sans aucune résistance ni perte d’énergie, généralement à très basse température – permet de générer un champ magnétique intense (8,3 teslas, soit 100 000 fois le champ magnétique terrestre) nécessaire pour maintenir les faisceaux de très haute énergie sur leur trajectoire circulaire. Pour cela, les aimants supraconducteurs doivent être refroidis à très basse température (1,9 kelvin), grâce à un système cryogénique de près de vingt kilomètres de longueur.

La construction du LHC a coûté 4,8 milliards de francs suisses (salaires inclus). Pour supporter un tel coût, il a fallu un financement international : il a été assuré majoritairement par la vingtaine d'États membres du Cern et complété par des pays participant au projet tels que les États-Unis, le Japon, la Russie, le Canada ou encore l'Inde. En outre, la construction des détecteurs ATLAS et CMS a coûté 500 millions de francs suisses chacun, celles d'ALICE et LHCb, les deux autres détecteurs, se montant à 100 millions chacun. La France contribue à hauteur de 150 millions d'euros par an au budget du Cern (soit 15 p. 100) pour un retour financier trois fois supérieur, à travers les entreprises françaises en contrat avec l'organisation, les Français qui y sont employés ou encore les taxes et impôts prélevés.

Le 10 septembre 2008, les experts du LHC réussissent en quelques heures à faire circuler, dans les deux sens, quelques milliards de protons, à une énergie de 0,45 TeV. Alors que les tests se poursuivent pour atteindre l’énergie nominale de 7 TeV par faisceau, un incident se produit le 19 septembre 2008 : la défaillance d’une connexion entre deux aimants supraconducteurs engendre une très forte surpression locale et une onde de choc dont la puissance déplace plusieurs aimants. Il faudra plus d’un an pour réparer les dégâts et réduire le risque d’un nouvel incident.

Les premières collisions proton-proton ont lieu le 23 novembre 2009, à une énergie de 0,9 TeV. La première campagne de collecte de données (2010-2012) débute avec une énergie de collision réduite à 7 TeV (3,5 TeV par faisceau) jusqu’en 2011, puis portée à 8 TeV l’année suivante. À la suite de cette campagne, les experts travaillent pendant dix-huit mois à renforcer le collisionneur de façon à atteindre une énergie de collision de 13 TeV pour la deuxième période de prise de données (2015-2018).