L'aimant supraconducteur de l'expérience CMS (en rouge), une pièce essentielle de ce détecteur afin de comprendre l'origine de la masse manquante dans l'Univers. PHOTO : CMS
Ce matin, le gigantesque aimant de l'expérience "Compact Muon Solenoid" (CMS) a entamé une descente spectaculaire et déterminante, à destination de sa caverne expérimentale située à 100 mètres de profondeur. Il s'agit du plus grand aimant supraconducteur solénoïdal du monde. Cette expérience est l'une des quatre grandes collaborations mondiales de l'accélérateur de particules du CERN, le Grand collisionneur d'hadrons (Large Hadron Collider, LHC). Y est pleinement associé l'IN2P3/CNRS.
Depuis ce matin, au CERN, l'élément central du détecteur de l'expérience CMS, aussi lourd que cinq gros porteurs, soit 1 920 tonnes, débute lentement sa descente à l'aide d'une énorme grue sur portique. Une opération qui se révèle un exercice délicat, la distance de sécurité séparant le détecteur du mur de l'axe n'étant que de 20 centimètres. Pour mener à bien ce défi technologique, quatre câbles massifs maintiennent la partie centrale du détecteur et un contrôle sophistiqué est assuré afin de s'assurer que l'objet ne s'incline pas. La durée de la descente est estimée à dix heures.
Autre innovation : la technique d'intégration des éléments. D'habitude, les détecteurs sont directement construits en position de prise de données, sous terre. Là, la collaboration CMS a construit son détecteur en surface, tirant profit d'un hall de montage spacieux afin de pré-monter et pré-tester son aimant solénoïdal ainsi que ses différents sous-détecteurs. Ces derniers mesureront les caractéristiques des particules produites par les collisions.
Sur les quinze éléments du détecteur de CMS, sept ont déjà été descendus : le premier est parvenu à bon port le 30 novembre dernier et le dernier devrait rejoindre la caverne expérimentale au cours de l'été 2007. Avec ce huitième élément, plus de la moitié du dispositif nécessaire à l'expérience CMS est mise en place sous terre. L'élément descendu aujourd'hui est le plus grand aimant solénoïdal supraconducteur du monde : il mesure 16 mètres de haut, 17 de large et 13 de profondeur. Il produira un champ magnétique de 4 teslas (environ 100 000 fois plus élevé que celui de la Terre).
La France est l'un des principaux contributeurs pour l'étude et la construction du solénoïde supraconducteur de CMS. Au sein de cet aimant seront insérés deux sous-détecteurs essentiels pour déterminer l'identité des particules juste après les collisions : le calorimètre électromagnétique et le trajectographe. Leur construction et leur électronique ont bénéficié de la contribution des groupes français de l'IN2P3/CNRS, du laboratoire d'Annecy-le-Vieux de Physique des particules (LAPP, IN2P3/CNRS/Université de Savoie), de l'Institut de physique nucléaire de Lyon (IPNL, IN2P3/CNRS/Université Claude Bernard, Lyon), du laboratoire Leprince-Ringuet (LLR, IN2P3/CNRS/Ecole Polytechnique, Palaiseau) et de l'Institut pluridisciplinaire Hubert Curien (IPHC, IN2P3/CNRS/Université Louis Pasteur, Strasbourg), en collaboration avec le Dapnia (CEA, Saclay).
CMS, une expérience généraliste de physique des particules
L'expérience CMS débutera prochainement sa prise de données auprès du plus grand et du plus complexe des instruments scientifiques, le LHC, dont la mise en service est prévue pour novembre 2007. Elle pourrait fournir des éléments de réponse déterminants sur l'origine de la masse des particules élémentaires ainsi que de celle des bosons W et Z de faible interaction. Au LHC, les physiciens tenteront de mieux appréhender les interactions fondamentales entre particules. D'autres expériences sonderont les mystérieuses masses manquantes et l'énergie noire de l'Univers (la matière visible ne représentant que 4% de la masse totale de l'Univers). Ainsi, les physiciens tenteront d'expliquer pourquoi la nature a préféré la matière à l'antimatière, tout en essayant de palper la matière des premiers instants de l'Univers.
Notes :
(1) Organisation européenne pour la recherche nucléaire située à Genève (Suisse), le CERN est le plus grand centre de physique des particules du monde.
(2) Le tesla est une unité de mesure du champ magnétique.
Source
est le champ magnétique qu'atteint l'aimant supraconducteur composant le Compact Muon Solenoid. Par comparaison, le champ magnétique d'un aimant de réfrigérateur typique est mille fois plus faible. Il existe néanmoins des aimants dont les champs magnétiques atteignent de plus grandes valeurs, notamment ceux qui focalisent les faisceaux de protons qui entreront en collision dans l'anneau d'accélération du LHC. Chacun de ces aimants supraconducteurs, opérant à une température de -271.15 °C, peut en effet atteindre un champ de 8.3 T. Certains laboratoires sont quant à eux équipés d'aimants pouvant atteindre des champs records de 35 T tel que celui du Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses à Grenoble. Il demeure tout de moins que l'aimant supraconducteur du CMS est certainement le plus gros et un des plus puissants jamais conçus. Il peut emmagasiner jusqu'à 2.66 gigajoules, une quantité d'énergie suffisante pour faire fondre 20 tonnes d'or massif.Pour en savoir plus :
Aimant supraconducteur du CMS (en anglais)
Description des différentes composantes du CMS (en anglais)
Collaboration américaine du CMS (en anglais)
Vidéo du CMS (en anglais)
CMS sur Wikipédia (en anglais)
