Progrès significatifs dans la mise à niveau du Grand collisionneur de hadrons à haute luminosité au laboratoire national de Brookhaven aux États-Unis

Le 29 juillet, le Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN a terminé sa récente période d'exploitation et est entré dans une phase d'arrêt de maintenance de quatre ans. Pendant cet arrêt, certains composants du LHC seront démontés et reconstruits dans le cadre du projet de mise à niveau du Grand collisionneur de hadrons à haute luminosité (HiLumi LHC). Les travaux liés à l'accélérateur et au détecteur, auxquels participe le laboratoire national de Brookhaven du Département de l'Énergie des États-Unis, ont récemment franchi des étapes de production importantes.

Le LHC accélère et fait entrer en collision deux faisceaux de protons se déplaçant en sens inverse sur une piste circulaire de près de 27 kilomètres, aidant les scientifiques à étudier la structure fondamentale de la matière. L'objectif principal de la mise à niveau HiLumi LHC est d'augmenter considérablement le nombre de collisions de particules par unité de temps, c'est-à-dire d'améliorer la « luminosité », afin d'accroître les chances d'enregistrer des interactions rares.

En ce qui concerne la mise à niveau de l'accélérateur, le laboratoire national de Brookhaven, en collaboration avec le laboratoire national Lawrence Berkeley et le laboratoire national de l'accélérateur Fermi, développe des aimants supraconducteurs de focalisation de faisceau pour HiLumi LHC. Les nouveaux aimants utilisent du matériau niobium-étain, capable de supporter des courants plus élevés et de générer des champs magnétiques plus puissants, mais le matériau est plus fragile, ce qui impose des exigences élevées en matière de bobinage, de traitement thermique, d'installation et de test. Le laboratoire national de Brookhaven est responsable des étapes clés telles que la fabrication des bobines et les tests cryogéniques, effectués dans un environnement d'hélium liquide proche du zéro absolu, chaque test d'aimant nécessitant environ deux mois.

Selon les informations, l'équipe a déjà fabriqué 24 aimants dans les délais et dans le budget imparti. Certains aimants ont déjà été installés par paires dans des cryostats et sont en cours de test complet au CERN, les tests devant être achevés cet été.

En ce qui concerne la mise à niveau du détecteur, le laboratoire national de Brookhaven, en tant que laboratoire hôte américain de l'expérience ATLAS, participe à la conception et à la fabrication de composants clés tels que le nouveau détecteur de trajectoire interne. Le détecteur ATLAS est utilisé pour capturer les signaux produits après les collisions de particules. Son détecteur de trajectoire le plus interne, étant proche du point de collision, doit s'adapter aux niveaux plus élevés de données et de rayonnement apportés par HiLumi LHC.

Le laboratoire national de Brookhaven a contribué à une surface de silicium de près de 60 mètres carrés pour le détecteur de trajectoire interne, comprenant plus de 20 millions de capteurs. Un an après le début de la production, l'équipe a fabriqué et livré 10 % des composants requis par ATLAS. Les responsables du projet indiquent que cette progression montre que les processus de production ont été validés, et que la fabrication et la livraison des composants suivants devraient s'accélérer.

Le laboratoire national de Brookhaven estime que la mise à niveau HiLumi LHC fournira non seulement des conditions expérimentales plus sensibles pour la recherche en physique des particules, mais offrira également aux étudiants et aux jeunes chercheurs une formation dans divers domaines, allant de la fabrication de bobines supraconductrices aux tests de détecteurs, afin de préparer les compétences techniques pour les futurs projets de collisionneurs.