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  • Un LHC haute luminosité d’ici 10 ans au CERN

    Posté le 26 juin 2018

    Le vendredi 15 juin 2018 un nouveau chantier s’est ouvert au LHC, le grand collisionneur de hadrons. Initié en 2011, ce projet vise à mettre en service d’ici à 2026 un LHC haute luminosité (HL-LHC) qui permettra d’augmenter le nombre de collisions protons-protons et de récolter davantage de données. La France contribue de manière importante à ce projet (à hauteur de 180 millions d’euros, masse salariale incluse). Les équipes du CNRS et du CEA participent à la recherche et aux développements technologiques spécifiquement sur les aimants supraconducteurs et à l’extension de la durée de vie des détecteurs et de l’accélérateur. Côté français, ce sont ainsi plus de 400 scientifiques qui accompagnent le renouveau du plus grand et du plus puissant collisionneur de particules au monde.

    Mis en fonction pour la première fois en 2008 au CERN, le LHC – Large Hadron Collider – est un anneau de 27 kilomètres de circonférence muni de milliers d’aimants supraconducteurs qui permettent de maintenir les particules accélérées à l’intérieur de l’anneau. Les particules propulsées finissent par entrer en collision à une vitesse proche de celle de la lumière. Pour collecter les données, le collisionneur possède 4 détecteurs de particules : ATLAS, CMS, ALICE et LHCb.

    Ces travaux vont permettre d’accroître la luminosité du LHC d’un facteur 5 à 7 en concentrant le maximum de particules dans l’espace le plus réduit possible pour augmenter le nombre de collisions au moment du croisement des deux faisceaux de protons. Cela permettra aux scientifiques d’étudier des phénomènes rares et d’obtenir des mesures de grande précision indispensables pour préciser les propriétés du boson de Higgs. Plus largement, c’est un pas de plus vers la compréhension du modèle standard et des scénarios qui en découlent.

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  • Transporter des antiprotons dans une camionnette

    Posté le 26 février 2018

    Une équipe de chercheurs travaillant sur le projet PUMA (antiProton Unstable Matter Annihilation), près du laboratoire du CERN, planifie de capturer des milliards d’antiprotons afin de les mettre dans un conteneur pour les transférer vers un laboratoire nommé ISOLDE.

    Les antiprotons sent créés de la même manière que ce qui se fait actuellement au CERN mais seront utilisés dans des expériences situés dans un bâtiment proche. Pour que cela soit possible les antiprotons sont conditionnés et livrés dans un van.

    Les antiprotons sont les jumeaux opposés des protons. Ils sont parfois produits dans la nature mais ne durent pas longtemps car ils s’annihilent lorsqu’ils entrent en contact avec la matière ordinaire. Les chercheurs du CERN les créent en tirant un faisceau de protons sur une cible métallique.
    Conserver les antiprotons dans une chambre à vide à seulement 4 degrés au dessus du zéro absolu peut les protéger de l’annihilation pendant une courte période.

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  • Preuves de la Désintégration du Boson de Higgs en Quarks

    Posté le 2 août 2017

    Le Modèle Standard fait des prédictions très précises sur la manière dont le Boson de Higgs interagit avec différentes particules. Les premières observations étaient basées sur les mesures de sa désintégration en d’autres bosons (W,Z,γ). Maintenant, les chercheurs de la collaboration ATLAS viennent de montrer comment le Higgs se désintègre directement en fermions tels que les quarks et les leptons, la famille de particules fondamentales qui composent la matière.

    Jusqu’à maintenant les chercheurs ont pu prouver la désintégration du Boson de Higgs en photons, leptons tau et bosons W et Z. Cependant, cela ne représente que 30% des désintégrations. La désintégration en quarks bottom (H→bb) qui devrait pourtant se produire avec le taux le plus élevé (environ 58% d’après le Modèle Standard) n’avait jamais été observée. La raison est qu’il est très difficile de la distinguer des processus similaires d’arrière plan (qui pourraient s’assimiler à un “bruit de fond”) : les paires de quark bottom sont créées 10 millions de fois plus souvent que les désintégrations H→bb.

    Les physiciens de la collaboration ATLAS ont donc cherché les désintégrations H→bb qui sont créées en association avec une autre particule, dans ce cas il s’agit d’un boson vecteur (W ou Z). Les désintégrations plus reconnaissables des bosons vecteurs permettent de réduire le bruit de fond. Cela conduit à un taux de production beaucoup plus faible (environ 30,000 désintégrations H→bb devraient avoir été produites de cette manière) mais fournit une opportunité de repérer cette désintégration insaisissable.

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  • Exploration de la Manière dont le Boson de Higgs Interagit avec les Autres Bosons

    Posté le 1 août 2017

    Depuis son dernier redémarrage le LHC a produit environ 20000 Bosons de Higgs par jour lors des collisions Proton-Proton à 13 TeV. Fin 2015, les données collectées par les collaborations ATLAS et CMS étaient déjà suffisantes pour de nouvelles observations du Higgs Boson à de nouvelles énergies de collision. Maintenant, avec plus de 36000 trillions de collisions entre 2015 et 2016, l’expérience ATLAS peut effectuer des mesures toujours plus précises du Boson de Higgs.

    Mesurer la manière dont le Boson de Higgs est produit et comment il se désintègre est l’un des objectifs majeurs des expériences du LHC. Une plus grande précision de ces mesures permet aux chercheurs d’affiner la compréhension du secteur de Higgs du Modèle Standard, et également de contraindre les nouveaux phénomènes au-delà du Modèle Standard qui modifieraient le couplage du Higgs avec d’autres particules du Modèle Standard.

    En étudiant les désintégrations du boson de Higgs en paires de photons (H→γγ) et en 4 leptons via des bosons Z intermédiaires (H→ZZ*→4ℓ, où le “*” indique que l’un des bosons Z est produit en dehors de sa couche de masse [“produced off its mass shell” = produite hors couche de masse], c’est à dire qu’il s’agit d’une particule virtuelle), l’expérience ATLAS peut mesurer les propriétés de couplage du Boson de Higgs avec une précision sans précédent.

    Au LHC, le Boson de Higgs est produit via différents processus à des taux très différents : fusion de gluon, fusion de boson vecteur, WH, ZH, et ttH. Pour sonder ces modes de production, ATLAS a introduit un jeu de critères pour caractériser les évènements de Higgs avec états finaux H→γγ et H→ZZ*→4ℓ. Vous pouvez voir les résultats de cette étude sur les graphiques 1 et 2 où la section transversale, normalisée à la valeur prédite par le Modèle Standard, est montrée.

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  • Comment fonctionne le LHC ?

    Posté le 15 mai 2017

    L’animation ci-dessous commence avec une vue aérienne du CERN (près de Genève) qui montre le complexe d’accélérateurs de particules : le LHC et les 4 principaux détecteurs que sont ALICE, ATLAS, CMS et LHCb.

    Tout commence avec une source de protons qui est une simple bouteille d’hydrogène. Un champ électrique est appliqué pour retirer les électrons de l’hydrogène et ainsi produire des protons qui passent ensuite par le LINAC 2, le premier accélérateur de la chaine (qui sera bientôt remplacé par le LINAC 4). Il accélère les protons à une énergie de 50 MeV.

    Le faisceau est ensuite injecté dans le Proton Synchroton Booster (PSB), qui accélère les protons à 1,4 GeV, puis dans le Proton Synchroton (PS) qui les accélère à 25 GeV. Les protons sont ensuite envoyés dans le Super Proton Synchroton (SPS) où ils sont accélérés à 450 GeV pour finalement être transférés dans les 2 tubes de faisceau du LHC.

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