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Le complexe d’accélérateurs du CERN est une chaîne de machines qui accélèrent les particules à des énergies croissantes. Chaque machine augmente l’énergie d’un faisceau de particules avant de l’injecter dans la machine suivante. Dans le Grand collisionneur de hadrons (LHC) - le dernier maillon de la chaîne, les faisceaux de particules sont accélérés jusqu’à l’énergie record de 4 TeV par faisceau. La plupart des autres accélérateurs de la chaîne sont dotés de leur propre hall d’expérimentation, dans lequel les faisceaux sont utilisés pour des expériences réalisées à des énergies plus basses.
La source de protons est une simple bouteille d’hydrogène gazeux. Un champ électrique permet d’arracher à des atomes d’hydrogène leurs électrons et d’obtenir des protons. Le Linac2, premier maillon de la chaîne, accélère les protons jusqu’à une énergie de 50 MeV. Le faisceau est ensuite injecté dans le Synchrotron injecteur du PS (PS Booster - PSB), qui accélère les protons jusqu’à 1,4 GeV, puis dans le Synchrotron à protons (PS), qui porte le faisceau jusqu’à 25 GeV. Les protons sont ensuite envoyés au Supersynchrotron à protons (SPS), où ils sont accélérés à 450 GeV. Enfin, les protons sont envoyés dans les deux tubes de faisceau du LHC. Le faisceau circule dans le sens des aiguilles d’une montre dans le premier tube, et dans le sens inverse dans le deuxième. Il faut 4 minutes et 20 secondes pour remplir chacun des deux anneaux du LHC, et 20 minutes pour que les protons atteignent leur énergie maximale de 4 TeV. En conditions d’exploitation normales, les faisceaux circulent pendant plusieurs heures dans les tubes du LHC. Les deux faisceaux entrent en collision à l’intérieur de quatre détecteurs – ALICE, ATLAS, CMS et LHCb – ; au point de collision, l’énergie totale est de 8 TeV.
Le complexe d’accélérateurs, qui comprend également le Décélérateur d’antiprotons (AD) et le Séparateur d’isotopes en ligne ISOLDE, alimente aussi le projet Neutrinos du CERN vers le Gran Sasso (CNGS), la zone de test du Collisionneur linéaire compact (CLIC), ainsi que l’Installation de mesure du temps de vol des neutrons (nTOF).
Le LHC n’accélère pas que des protons. Les ions plomb du LHC sont issus d’une source de plomb vaporisé et passent par le Linac3 avant d’être collectés et accélérés dans l'Anneau d’ions de basse énergie (LEIR). Ensuite, le parcours au bout duquel les ions atteignent leur énergie maximale est le même que celui des protons.
Le Centre de contrôle
Le Centre de contrôle du CERN comprend les salles de contrôle des accélérateurs du Laboratoire, du système de distribution cryogénique et de l'infrastructure technique. Il compte 39 stations de travail pour quatre zones différentes : le LHC, le SPS, le PS et l’infrastructure technique.
CERN's current and future accelerators
L’accélérateur linéaire 2 constitue le point de départ des protons utilisés dans les expériences menées au CERN
L’accélérateur linéaire 3 constitue le point de départ des ions utilisés dans les expériences menées au CERN
L’accélérateur linéaire 4 est conçu pour porter des ions d’hydrogène négatifs à des énergies élevées
Quatre anneaux synchrotron superposés reçoivent des protons de l'accélérateur linéaire, les accélèrent jusqu’à 800 MeV, puis les injectent dans le PS
Les accélérateurs n'augmentent pas tous la vitesse d'une particule. L'AD ralentit les antiprotons afin d'étudier l'antimatière
Le LHC est l’accélérateur de particules le plus grand et le plus puissant du monde
Le projet LHC haute luminosité vise à accroître la luminosité du LHC d’un facteur 10 par rapport à sa valeur nominale d’ici à 2020
Un CLIC vers une nouvelle physique
Avec sa circonférence de 7 km, le Supersynchrotron à protons est la plus grande machine du complexe d’accélérateurs après le LHC
L’Anneau d’ions de basse énergie reçoit de l’accélérateur linéaire 3 de longues impulsions d’ions plomb qu’il transforme en paquets courts et denses
Le projet Neutrinos du CERN vers le Gran Sasso (CNGS) vise à percer certains des mystères qui entourent les neutrinos
Elément clé du complexe d’accélérateurs, le Synchrotron à protons accélère les protons fournis par le Booster