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 LE LHC  ( 13 ) - LE TUNNEL / LES DETECTEURS - CERN - Grand collisionneur de hadrons

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MessageSujet: LE LHC  ( 13 ) - LE TUNNEL / LES DETECTEURS - CERN - Grand collisionneur de hadrons   Jeu 16 Juin 2016 - 11:28




Le   LHC   ou  Le   Grand collisionneur de hadrons
( Large Hadron Collider )


RÉSUMÉ
1ère Expérience en 2008
21 Mai 2015 1ères expériences à 13 Tev
Anneau de 27 kilomètres ( LHC )
4 Détecteurs Principaux
X Machines Supplémentaires
le LHC est l'Anneau Final du Système





Tunnel du LHC avec tube contenant les électroaimants supraconducteurs.


Le Grand collisionneur de hadrons,
Large Hadron Collider (LHC) en anglais,
est un accélérateur de particules mis en fonction en 2008 et situé en périphérie de Genève en Suisse.



C'est le plus puissant accélérateur de particules construit à ce jour,
a fortiori depuis son amélioration achevée en 2015 après deux ans de mise à l'arrêt2.

Il est même présenté comme le plus grand dispositif expérimental jamais construit
pour valider des théories physiques
En 2012, il confirme l'existence du boson de Higgs.

Le LHC a été construit dans le tunnel circulaire (26,659 km de circonférence3)
de son prédécesseur, le collisionneur LEP (Large Electron Positron).

À la différence de ce dernier, ce sont des protons
— de la famille des hadrons —
qui sont accélérés pour produire des collisions,
en lieu et place des électrons ou des positrons pour le LEP.


Ces protons seront accélérés jusqu'à une énergie de 7 TeV, s
oit près de 7 500 fois leur énergie de masse.
L'énergie totale de deux protons incidents sera ainsi de 14 TeV.

Le LHC sera également utilisé pour accélérer des ions lourds comme le plomb
avec une énergie totale de collision de 1 150 TeV
pour le noyau dans son ensemble soit un peu plus de 2,75 TeV par nucléon qu'il contient.



Sept détecteurs, dont quatre de très grande taille, sont installés sur cet accélérateur,

à savoir ATLAS, CMS, TOTEM (en), LHCb, ALICE, LHCf (en) et MoEDAL (voir leur description détaillée).






SOURCE
https://fr.wikipedia.org/wiki/Grand_collisionneur_de_hadrons





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MessageSujet: LES DETECTEURS DU LHC   Jeu 16 Juin 2016 - 11:28

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LES DETECTEURS DU LHC






ALICE   ( Grand Détecteur )
ATLAS   ( Très Grand Détecteur )   ( Voir Projet ATLAS@HOME )
CMS   ( Grand Détecteur )   ( Voir Projet vLHC@HOME )
LHCb   ( Grand Détecteur )   ( Voir Projet vLHC@HOME )

LHCf   ( Expérience ) ( à finir )
MoEDAL   ( Expérience ) ( à finir )
TOTEM   ( Expérience ) ( à finir )


NB
Il y a sous BOINC
2 applications supplémentaires
Theory sous vLHC
et LHC@HOME




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Dernière édition par Sph3re le Lun 26 Sep 2016 - 20:33, édité 6 fois
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MessageSujet: Re: LE LHC  ( 13 ) - LE TUNNEL / LES DETECTEURS - CERN - Grand collisionneur de hadrons   Jeu 16 Juin 2016 - 11:28

OBJECTIFS

Objectifs

Les physiciens espèrent apporter
des éléments de réponse à plusieurs questions
concernant la physique des particules et la cosmologie à l'aide de ces détecteurs :

   le modèle standard décrit de façon remarquablement précise la physique des particules.

Il prédit l'existence d'une particule, appelée boson de Higgs,
dont la détection est un des objectifs prioritaires du LHC car il permettrait de tester la validité de certaines théories (telle que la théorie des cordes). Cette détection a été anoncée le 4 juillet 2012 ;

   de nombreux arguments théoriques privilégient l'existence de ce que l'on appelle la supersymétrie,
qui prédit que chaque type de particule connue possède un alter-ego appelé superpartenaire.
La mise en évidence de la supersymétrie est le second enjeu du LHC ;

   de très nombreux modèles de supersymétrie existent.
Si la supersymétrie est détectée,
le LHC sera en mesure de faire le tri entre les modèles viables ;

   les observations cosmologiques indiquent qu'une grande partie (96 %) de la masse de l'univers est sous forme de constituants inconnus en laboratoire. L'un de ces constituants, appelé, faute de mieux le connaître, la « matière noire », pourrait être mis en évidence au LHC ;
   des modèles de physique des hautes énergies, notamment la théorie des cordes, prédisent l'existence de dimensions supplémentaires en sus des quatre dimensions (3 + le temps) d'espace que nous connaissons. Certaines collisions réalisées au LHC pourraient indirectement les mettre en évidence, notamment par la formation de trous noirs microscopiques ;
   il semble probable que matière et antimatière existaient en quantités égales lors du Big Bang. Par la suite, un phénomène très mal connu a vraisemblablement généré un léger surplus de matière sur l'antimatière (ce phénomène est appelé baryogénèse). Matière et antimatière se sont ensuite annihilées en quantités strictement égales, ne laissant finalement que l'infime surplus de matière. Le LHC pourrait être en mesure de mieux expliquer ce processus ;
   les noyaux atomiques sont constitués de protons et de neutrons, chacun étant composé d'entités plus élémentaires appelées quarks. Les quarks n'existent aujourd'hui pas isolément, mais uniquement par groupes de deux ou trois particules (3 dans le cas des neutrons et des protons). Cette propriété est appelée confinement des quarks. Selon toute vraisemblance, à très haute température, les quarks peuvent exister isolément. Le LHC tentera de mettre en évidence cette « transition de déconfinement », et les propriétés de ce nouvel état de la matière appelé plasma quark-gluon.


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MessageSujet: Re: LE LHC  ( 13 ) - LE TUNNEL / LES DETECTEURS - CERN - Grand collisionneur de hadrons   Jeu 16 Juin 2016 - 11:29

LIENS


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MessageSujet: Re: LE LHC  ( 13 ) - LE TUNNEL / LES DETECTEURS - CERN - Grand collisionneur de hadrons   Jeu 16 Juin 2016 - 11:30

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MessageSujet: Re: LE LHC  ( 13 ) - LE TUNNEL / LES DETECTEURS - CERN - Grand collisionneur de hadrons   Jeu 16 Juin 2016 - 11:32

Les injecteurs du LHC

LEIR  ( 17 ) - Anneau d’ions de basse énergie (LEIR) - CERN

Le Low Energy Ion Ring, faisant partie de la chaîne d'accélération des ions lourds étudiés par le LHC.

L'accélération se produit par étages (préaccélérateurs) comme au Tevatron.

Le LHC reçoit les particules d'une chaîne existante comprenant un accélérateur linéaire à protons (Linac2) de 50 MeV qui alimente un Booster (Proton Synchrotron Booster, ou PSB). Les protons sont ensuite injectés à 1,4 GeV dans le Proton Synchrotron (PS), qui les accélère à 25 GeV avant leur passage dans le Super Synchrotron à Protons (SPS) de 2 km de diamètre pour une montée en énergie jusqu'à 450 GeV. Deux dispositifs, le LEIR (Low-Energy Injector Ring), anneau de stockage et de refroidissement des ions et l'AD (Antiproton Decelerator), générateur d'antiprotons à 2 GeV permettent d'obtenir des particules refroidies et décélérées.

En mode de collision d'ion lourds, la chaîne d'accélération est légèrement différente. Un second accélérateur linéaire, Linac3 accélère des atomes de plomb issus d'une source très pure de 500 kilogrammes. Ces atomes sont partiellement ionisés, ayant perdu jusqu'à 29 électrons (sur les 82 qu'ils comportent au départ). Seuls ceux ionisés 29 fois sont conservés. Ils sont alors accélérés à une énergie de 4,2 MeV par nucléon (soit environ 875 MeV pour le noyau complet) et sont mis en collision avec une feuille de carbone qui leur arrache 25 électrons supplémentaires. Ils passent alors dans un instrument appelé LEIR (pour Low Energy Ion Ring, ou anneau d'ions de basse énergie) où ils sont accélérés à 72 MeV par nucléon. Ils sont ensuite injectés dans le PS (sans passer par le Booster, contrairement aux protons) qui les accélère à 5,9 GeV par nucléon. Une seconde feuille finit d'arracher la totalité des électrons des ions, qui passent dans le SPS qui accélère les noyaux de plomb à 177 GeV par nucléon, avant de les injecter dans le LHC qui leur fait atteindre une énergie de 2,76 TeV par nucléon.


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MessageSujet: Re: LE LHC  ( 13 ) - LE TUNNEL / LES DETECTEURS - CERN - Grand collisionneur de hadrons   Jeu 16 Juin 2016 - 11:32

Les faisceaux de protons

Les protons sont accélérés à des vitesses extrêmement proches de celle de la lumière. Avec une énergie de 7 TeV, soit 7 500 fois leur énergie de masse, leur vitesse est d'environ 0,999999991 fois celle de la lumière, autrement dit, ils se déplacent à seulement 2,7 mètres par seconde moins vite que la lumière (299 792 455,3 au lieu de 299 792 458 mètres par seconde)Note 2.
Le système des préaccélérateurs, le collisionneur et les expériences au LHC.
Les préaccélérateurs sont le PS (Proton Synchrotron) et le SPS (Super Protron Synchrotron). Le Proton Synchrotron Booster n'est pas représenté. Les accélérateurs linéaires permettent de choisir entre les protons et les ions lourds de plomb. Les quatre expériences principales sont représentées en jaune sur le collisionneur.

Les faisceaux parcourent les 27 km de circonférence environ 11 000 fois par seconde (chaque proton se déplaçant presque à la vitesse de la lumière, il parcourt l'anneau en 89 µs). Ils sont formés chacun de 2 808 paquets très denses de particules, ce qui représente une amélioration considérable par rapport au LEP, qui ne comportait que quatre paquets. L'intervalle entre les paquets est généralement de 7,5 mètres soit un écart de 25 nanosecondes entre deux passages de paquets. Certains paquets sont beaucoup plus espacés pour diverses raisons de maintenance (injection de nouveaux paquets, ou éjection de paquets présents). Finalement, chaque point de collision voit 31,5 millions de collisions entre paquets par seconde.

Chaque paquet contient 1011 protons, mais lors d'une collision seule une infime partie des protons entre en collision. Afin de maximiser les chances de collision, les paquets sont comprimés au voisinage des détecteurs, pour mesurer 16 microns, alors qu'entre les détecteurs, leur étalement peut atteindre plusieurs centimètres en longueur (le long du faisceau) et un millimètre en largeur (perpendiculairement au faisceau). Avec les capacités de focalisation des faisceaux, ce sont environ 20 collisions attendues dans une rencontre entre deux paquets, soit un peu plus de 600 millions de collisions enregistrables par seconde et par détecteur. Du fait des collisions et des particules déviées de leur trajectoire lors des interactions entre paquets, les faisceaux de protons s'appauvrissent peu à peu. Leur durée de vie est de quelques heures.

La puissance perdue par les particules est proportionnelle à la puissance quatrième du rapport entre l'énergie du faisceau et la masse des particules accélérées et inversement proportionnelle au rayon de l'accélérateur. Les protons étant 1 836 fois plus lourds que les électrons, ils perdent 1013 fois moins d'énergie par tour que les électrons pour une énergie de faisceau donnée. Mais les protons sont des objets composites (partons), constitués de quarks et de gluons, ce qui rend l'étude des collisions plus complexe que dans le cas de collisions électrons-positrons comme c'était le cas dans le LEP. Chaque collision proton-proton sera en fait une collision entre deux constituants appartenant à l'un et à l'autre proton. Les détecteurs observeront des collisions quark-quark, quark-gluon ou gluon-gluon.


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MessageSujet: Re: LE LHC  ( 13 ) - LE TUNNEL / LES DETECTEURS - CERN - Grand collisionneur de hadrons   Jeu 16 Juin 2016 - 11:33

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MessageSujet: Re: LE LHC  ( 13 ) - LE TUNNEL / LES DETECTEURS - CERN - Grand collisionneur de hadrons   Jeu 16 Juin 2016 - 11:34

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MessageSujet: Re: LE LHC  ( 13 ) - LE TUNNEL / LES DETECTEURS - CERN - Grand collisionneur de hadrons   Jeu 16 Juin 2016 - 11:34

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MessageSujet: Re: LE LHC  ( 13 ) - LE TUNNEL / LES DETECTEURS - CERN - Grand collisionneur de hadrons   Jeu 16 Juin 2016 - 11:35

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MessageSujet: Re: LE LHC  ( 13 ) - LE TUNNEL / LES DETECTEURS - CERN - Grand collisionneur de hadrons   Jeu 16 Juin 2016 - 11:35

HISTORIQUE
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Historique

Le projet de construire un grand collisionneur de hadrons fut officiellement approuvé en décembre 1994, pour succéder au LEP. Les quatre grands détecteurs installés (ATLAS, CMS, ALICE et LHCb) furent approuvés entre 1996 et 1998. Sa mise en service était initialement prévue pour 1999 mais des retards multiples, techniques et financiers, la repoussèrent successivement à la fin de l'année 2007 puis à la fin de l'été 2008. L'arrêt du LEP eut finalement lieu en 2000, et son démantèlement, suivi du début de la construction du LHC, eut lieu presque immédiatement après. Un débat eut lieu en 2000 lors de l'arrêt du LEP. Celui-ci produisit des résultats ambigus aux plus hautes énergies auxquelles il pouvait fonctionner (un peu plus de 200 GeV), suggérant la mise en évidence du boson de Higgs, une particule prédite par le modèle standard de la physique des particules. L'opportunité de prolonger la durée de vie du LEP afin de confirmer ce résultat fut opposée à celle de démanteler le LEP afin de construire le LHC le plus rapidement possible. Ce fut finalement la seconde solution qui fut retenue, la sensibilité du LEP étant considérée comme insuffisante pour confirmer de façon indiscutable l'existence du boson de Higgs, et le risque que le boson de Higgs soit découvert dans l'intervalle par le Tevatron, installé aux États-Unis, étant considéré comme limité.

Un projet d'accélérateur similaire mais plus puissant (énergie de 20 TeV par proton au lieu de 7 pour le LHC) avait également été proposé aux États-Unis, le Superconducting Super Collider (SSC), mais fut abandonné pour diverses raisons budgétaires en 1993.

Le coût total du projet est pour le CERN de 6 milliards de francs suisses5 (soit environ 5,2 milliards d'euros). La construction du LHC lui-même se monte à 4,6 milliards de francs suisses, dont une masse salariale de 20 %. La part financée par le CERN dans la construction des détecteurs se monte à 1,1 milliard de francs suisses, plus une contribution majoritaire hors CERN (le CERN finance 20 % de CMS et LHCb, 16 % de ALICE et 14 % de ATLAS). Un peu moins de 300 millions de francs suisses ont été également investis dans l'amélioration de l'injecteur (la chaîne d'accélérateurs qui produit les faisceaux et les injecte dans l'anneau principal) et les moyens informatiques. Tous les éléments de l'accélérateur et de ses expériences (détecteurs) étaient en place fin 2007-début 2008.
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MessageSujet: Re: LE LHC  ( 13 ) - LE TUNNEL / LES DETECTEURS - CERN - Grand collisionneur de hadrons   Jeu 16 Juin 2016 - 11:35

1 ER FAISC



Premier faisceau dans le LHC

Le LHC a été finalement lancé le 10 septembre 2008. Un communiqué de presse du CERN a rapporté en ces termes l'injection du premier faisceau dans l'accélérateur : « Moment historique dans le Centre de contrôle : le faisceau vient d'effectuer un tour complet de l'accélérateur. Genève, 10 septembre 2008. À 10 h 28 ce matin, le premier faisceau injecté dans le Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN a fait le tour complet de l'anneau de 27 kilomètres qui abrite l'accélérateur de particules le plus puissant du monde. Cet événement historique marque la transition vers une nouvelle ère de découvertes scientifiques qui se prépare depuis plus de vingt ans »19.

Le LHC a été arrêté une première fois quelques jours après, en raison d'un problème électrique affectant le système de refroidissement. Il a été remis en route le 18 septembre 2008, avant d'être de nouveau arrêté, et pour un peu plus d'une année, à cause d'un incident lors d'un test. Selon un communiqué du CERN20, le problème vient d'une importante fuite d'hélium survenue dans le tunnel. Cette fuite a été occasionnée par un problème de connexion électrique qui a entraîné la fonte de deux aimants21.

L'accélérateur a redémarré le 23 octobre 2009 avec l'injection de protons et d'ions lourds22 et le 7 novembre 2009, les premières particules étaient détectées dans le détecteur CMS23.

Le 20 novembre 2009, le faisceau de protons réalise à nouveau plusieurs tours complets du collisionneur. Le redémarrage se fait progressivement à une énergie de 1,2 TeV maximum dans un premier temps24. Le 30 novembre 2009, le CERN indique avoir fait circuler dans le LHC le faisceau le plus énergétique du monde en ayant conféré aux protons une énergie de 1,18 TeV battant le record établi précédemment par l'accélérateur de particules américain Tevatron25,26.








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MessageSujet: Re: LE LHC  ( 13 ) - LE TUNNEL / LES DETECTEURS - CERN - Grand collisionneur de hadrons   Lun 26 Sep 2016 - 16:43

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Premières collisions

Le lundi 23 novembre 2009 marque la première collision de faisceaux de particules au sein de l'instrument. En début d'après-midi, après que deux faisceaux de protons eurent circulé en sens inverse, ils se sont rencontrés au niveau du détecteur ATLAS. Puis, plus tard dans la soirée, l'expérience a été renouvelée aux niveaux des détecteurs CMS, ALICE et LHCb27. Le 28 novembre 2009, les physiciens de la collaboration ALICE ont publié sur arXiv, un papier sur les premières collisions de protons au sein de ce détecteur28. Le 8 décembre 2009, les collisions de particules les plus énergétiques produites dans un accélérateur ont eu lieu. L'énergie totale a atteint 2,36 TeV battant ainsi le précédent record du Tevatron29.

À partir de mi-décembre 2009 a eu lieu un arrêt technique qui s'est achevé fin février 2010 ; le but était de préparer la machine à une exploitation à 3,5 TeV par faisceau pendant l'année 201030. Cela a permis d'effectuer des collisions avec une énergie totale de 7 TeV le 30 mars 201031 mais avec une luminosité de 1×1027 cm-2⋅s-1 très inférieure à la cible nominale du LHC. Le mois de mai a permis un accroissement par 6 de l'intensité des faisceaux de protons et par 60 de la luminosité des collisions32. Cette luminosité a continué de croître pendant tout l'été 2010 par augmentation du nombre de paquets injectés jusqu'à atteindre en septembre une luminosité de 2×1031 cm-2⋅s-133. L'objectif de luminosité crête fixé pour 2010 a été dépassé le 14 octobre avec une luminosité atteinte de 1,48×1032 cm-2⋅s-134.

Le 4 novembre 2010, les faisceaux de protons ont été arrêtés pour être remplacés par des faisceaux d'ions lourds et en particulier des faisceaux d'ions de plomb35. Le 23 mai 2011, le LHC a atteint une luminosité suffisante pour produire 100 millions de collisions par seconde36.

Début 2013 ont été réalisées des collisions de protons avec des ions plomb, dans le cadre de recherches sur l'état de la matière juste après le Big Bang37. Courant février 2013, le LHC est retourné quelques jours à des collisions proton-proton37. Le LHC a ensuite été arrêté, toujours courant février 2013, pour une longue période de travaux d'environ deux ans37. Ces travaux ont permis la mise à niveau du LHC en vue de la réalisation de collisions à des records d'énergie encore plus élevés, de l'ordre de 13 TeV, attendues pour juin 201538. Le LHC a repris son activité le 5 avril 2015.

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MessageSujet: Re: LE LHC  ( 13 ) - LE TUNNEL / LES DETECTEURS - CERN - Grand collisionneur de hadrons   Lun 26 Sep 2016 - 16:44

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Premières images des collisions à 13 TeV
21 mai 2015 – La nuit dernière, des protons sont entrés en collision dans le Grand collisionneur de hadrons (LHC) pour la première fois à l’énergie record de 13 TeV


La nuit dernière, des protons sont entrés en collision dans le Grand collisionneur de hadrons (LHC) pour la première fois à l’énergie record de 13 TeV. Ces collisions tests doivent permettre de régler les systèmes qui protègent la machine et les détecteurs des particules qui s’écartent du faisceau.
Le réglage des collimateurs est une étape essentielle. Ces dispositifs, qui absorbent les particules égarées, ont été ajustés aux conditions « collisions de faisceaux ». Ces opérations vont donner aux équipes de l’accélérateur les données nécessaires pour assurer la pleine protection des aimants du LHC et des détecteurs.
Les tests se poursuivent aujourd’hui. Des faisceaux vont continuer d’entrer en collision dans le LHC pendant plusieurs heures. L’équipe responsable des opérations au LHC va continuer de surveiller la qualité du faisceau et d’optimiser les réglages.
Il s’agit d’une étape importante qui permettra aux équipes responsables du fonctionnement des détecteurs ALICE, ATLAS, CMS, LHCb, LHCf, MOEDAL et TOTEM de les rendre pleinement opérationnels. La prise de données et le début de la deuxième période d’exploitation du LHC sont prévues début juin.







SOURCE
http://home.cern/fr/about/updates/2015/05/first-images-collisions-13-tev




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