Les derniers tweets concernant le CERN sont remplis (dans les limites de 140 caractères) de commentaires sur l’augmentation du nombre de paquets dans les faisceaux du LHC, qui a abouti la nuit du 22 avril à une intensité record pour un collisionneur de hadrons, établie avec 480 paquets par faisceau. C’est l’occasion d’expliquer ce que sont ces fameux paquets.
Un faisceau du LHC n’est pas une succession continue de particules ; le faisceau est constitué de tronçons de quelques centimètres de long comprimés de façon à atteindre au point de collision la taille d’un cheveu humain. En tous les autres points de l’anneau, la taille du faisceau varie, mais elle est normalement inférieure à un millimètre.
Ces tronçons sont ce que nous appelons des paquets. Chaque paquet contient environ cent milliards de protons. Pour vous donner une idée de la dimension des protons, si chacun d’eux avait la taille d’une bille, la longueur du paquet serait égale à la distance entre la Terre et Uranus et sa largeur serait comparable à la distance entre la Terre et la Lune. La distance entre deux protons voisins serait de l’ordre de la distance entre Genève et Hambourg. Il n’est donc pas surprenant que, lorsque des paquets se croisent au LHC, seule une poignée d’entre eux entrent en collision.
Les découvertes en physique des particules sont un processus statistique, et c’est pourquoi il est important d’accroître le nombre de paquets. Cela permet d’augmenter le nombre de collisions, ou les statistiques, comme disent les physiciens. Le LHC est conçu pour fonctionner avec 2808 paquets par faisceau, séparés par un intervalle d’à peine 25 nanosecondes. Comme nous ne sommes qu’au début de l’exploitation du LHC, les chiffres sont plus modestes ; l’intervalle entre paquets est encore de 50 nanosecondes. Toutefois, grâce à l’augmentation régulière du nombre de paquets cette année, ayant abouti à ce chiffre record de 480 par faisceau, en attendant mieux, les expériences LHC ont déjà recueilli en 2011 beaucoup plus de données que pendant toute l’année 2010.
Accroître le nombre de paquets dans le faisceau est un processus qui se fait par étapes. En effet, même si l’énergie de chaque proton équivaut à celle d’un moustique en vol, cette énergie est multipliée par des centaines de milliards, si bien que la quantité d’énergie stockée dans les faisceaux est très importante. Les opérateurs doivent être certains que les systèmes conçus pour protéger la machine sont prêts avant d’augmenter le nombre de paquets. Lorsque le LHC aura atteint son potentiel nominal, les faisceaux transporteront autant d’énergie qu’un porte-avions de 20 000 tonnes progressant à la vitesse de 12 nœuds. Avec 480 paquets par faisceau à la moitié de l’énergie nominale du LHC, l’énergie stockée dans les faisceaux est celle du même porte-avion voyageant une vitesse plus modérée, soit moins de 3 noeuds. Pas tout à fait aussi impressionnant, mais cela fait quand même un bon paquet d’énergie…
James Gillies et Mike Lamont (chef du groupe Opérations)
