Quel est le plus long tunnel de physique des particules du monde ?

Le tunnel du Grand collisionneur de hadrons, ou LHC, installé au CERN près de Genève, est le plus long tunnel de physique des particules au monde. Cet anneau souterrain s’étend sur environ 27 kilomètres sous la région franco-suisse. Il constitue l’infrastructure principale du plus puissant accélérateur de particules jamais construit et accueille des expériences consacrées à l’étude des constituants fondamentaux de la matière.

Un anneau souterrain de 27 kilomètres

La longueur généralement retenue pour le tunnel du LHC est de 27 kilomètres, même si sa circonférence exacte est souvent donnée comme légèrement inférieure à cette valeur. Il ne s’agit donc pas d’un tunnel reliant simplement deux points, mais d’un anneau fermé dans lequel les faisceaux peuvent circuler de manière répétée. Cette forme permet aux particules de parcourir de nombreuses fois le même trajet et d’atteindre des énergies très élevées avant les collisions. Le tunnel se trouve sous les territoires français et suisse proches de Genève, tandis que le CERN exploite l’ensemble de l’installation.

Une infrastructure réutilisée par le LHC

Le tunnel n’a pas été conçu à l’origine spécialement pour le LHC. Il avait auparavant accueilli le Large Electron-Positron Collider, ou LEP, un accélérateur qui a fonctionné au CERN avant d’être remplacé par le LHC. Cette réutilisation a permis d’installer un nouvel accélérateur dans une infrastructure souterraine existante, tout en conservant le grand anneau nécessaire à la circulation des faisceaux. Le LHC utilise deux tubes à vide distincts : des faisceaux de particules y circulent en sens opposés, puis sont amenés à se rencontrer en certains points précis.

Le fonctionnement de l’accélérateur

Dans le LHC, des aimants supraconducteurs courbent et focalisent les faisceaux afin qu’ils restent confinés sur leur trajectoire circulaire. Les particules sont accélérées jusqu’à des vitesses très proches de celle de la lumière, puis provoquent des collisions à des points d’interaction déterminés. Les détecteurs enregistrent alors les produits de ces collisions. Le tunnel et les installations qui lui sont associées doivent fonctionner dans des conditions de vide et de refroidissement extrêmement exigeantes, indispensables au contrôle des faisceaux et au fonctionnement des aimants.

Quatre grandes expériences

Le tunnel du LHC est relié à quatre principales expériences installées dans de vastes cavernes souterraines : ATLAS, CMS, ALICE et LHCb. ATLAS et CMS étudient notamment les particules produites lors des collisions de protons et ont joué un rôle majeur dans la découverte du boson de Higgs. ALICE analyse les collisions d’ions lourds pour étudier un état particulier de la matière appelé plasma de quarks et de gluons. L’expérience LHCb se concentre sur les particules contenant des quarks « beauté », afin d’examiner les différences entre matière et antimatière. Ainsi, le tunnel de 27 kilomètres forme le socle commun d’un vaste programme de physique fondamentale.