Quel est le plus grand accélérateur de particules du monde ?

Le Grand collisionneur de hadrons, plus connu sous son acronyme anglais LHC, est le plus grand accélérateur de particules au monde. Installé au CERN, à la frontière franco-suisse près de Genève, il occupe un tunnel circulaire d’environ 27 kilomètres de circonférence. Sa taille permet d’accélérer des faisceaux de particules à des énergies extrêmement élevées avant de les faire entrer en collision pour étudier les constituants fondamentaux de la matière.

Un anneau souterrain de 27 kilomètres

Le LHC est un accélérateur circulaire : les particules y parcourent de nombreuses fois un anneau souterrain avant les collisions. Deux faisceaux circulent en sens opposés dans des tubes maintenus sous vide, puis se rencontrent en plusieurs points précis. Le dispositif peut accélérer des protons, mais aussi des noyaux d’ions lourds. Sa trajectoire est contrôlée par des aimants supraconducteurs, refroidis à une température proche du zéro absolu, soit environ −271 °C. À ces niveaux d’énergie, les particules se déplacent à une vitesse très proche de celle de la lumière.

Des collisions pour sonder l’Univers primordial

L’objectif du LHC n’est pas seulement de battre un record de dimensions. En concentrant une grande quantité d’énergie dans des collisions se produisant sur une échelle microscopique, il permet de recréer, pendant un instant très bref, des conditions comparables à celles de l’Univers primordial. Les physiciens observent alors les particules produites et cherchent à comprendre les interactions qui gouvernent la matière. Cette méthode permet notamment de tester les prédictions du Modèle standard de la physique des particules et d’étudier les limites de cette théorie.

Le boson de Higgs et les grands détecteurs

Les collisions sont analysées par plusieurs détecteurs installés autour des points d’interaction du LHC. ATLAS et CMS ont notamment permis d’annoncer en 2012 la découverte du boson de Higgs, une particule associée au mécanisme de Higgs qui explique la masse de plusieurs particules élémentaires. Les expériences ALICE et LHCb poursuivent d’autres objectifs, comme l’étude de la matière produite lors de collisions d’ions lourds ou celle des différences entre matière et antimatière. Ensemble, ces instruments transforment les collisions en une grande quantité de données exploitables par les chercheurs.

Une installation internationale

Le LHC est exploité par le CERN, organisation de recherche qui réunit des équipes scientifiques et techniques de nombreux pays. La réalisation et l’analyse des expériences reposent sur de vastes collaborations internationales ainsi que sur des réseaux informatiques capables de stocker et de traiter les données recueillies. Le LHC est ainsi à la fois une prouesse d’ingénierie et un laboratoire de physique fondamentale : sa circonférence exceptionnelle fournit la longueur nécessaire pour atteindre les énergies recherchées et observer des phénomènes inaccessibles dans les expériences ordinaires.