Expériences

Toute une série d’expériences sont menées au CERN pour étudier des domaines de la physique allant des rayons cosmiques à la supersymétrie

Les expériences LHC

Parmi les expériences menées au Grand collisionneur de hadrons (LHC), sept utilisent des détecteurs pour analyser la myriade de particules produites lors des collisions dans l’accélérateur. Ces expériences sont conduites par des collaborations de chercheurs provenant d’instituts du monde entier. Chacune est différente et se caractérise par ses détecteurs.

Les deux expériences les plus grandes, ATLAS et CMS, exploitent des détecteurs polyvalents pour explorer des domaines aussi vastes que possible. Le fait de disposer de deux détecteurs conçus indépendamment est essentiel pour recouper des informations en cas de découverte. ALICE et LHCb utilisent des détecteurs spécialisés pour se concentrer sur des phénomènes particuliers. Ces quatre détecteurs sont logés dans d’énormes cavernes souterraines disposées le long de l’anneau du LHC.

Les plus petites expériences menées au LHC sont TOTEM et LHCf. Elles sont axées sur les particules dites « à très petits angles » – des protons ou des ions lourds qui se frôlent plutôt que d’entrer en collision frontale lorsque les faisceaux se croisent. TOTEM utilise des détecteurs placés de part et d’autre du point d’interaction de CMS, tandis que l’installation de LHCf est constituée de deux détecteurs disposés le long de la ligne de faisceau du LHC, à 140 mètres de chaque côté du point de collision d’ATLAS. MoEDAL, qui exploite des détecteurs déployés près de LHCb, a été conçu pour la recherche d’une particule hypothétique appelée monopôle magnétique. 

Les expériences hors LHC

Si la recherche au CERN s’est de plus en plus concentrée sur le LHC ces dernières années, les expériences menées à l’aide d’autres accélérateurs ou installations, que ce soit sur le domaine du CERN ou ailleurs, continuent de former une partie importante des activités du Laboratoire.

Dans les expériences avec cible fixes, un faisceau de particules accélérées est orienté sur une cible solide, liquide ou gazeuse, qui peut faire partie intégrante du système de détection. COMPASS, qui étudie la structure des hadrons (des particules constituées de quarks) utilise des faisceaux du Supersynchrotron à protons (SPS). NA61/SHINE a pour objet les propriétés des hadrons lors des collisions de particules sur des cibles fixes. NA62 utilise des protons du SPS pour analyser des modes rares de désintégration des kaons. DIRAC explore les interactions fortes entre les quarks au Synchrotron à protons (PS). L’expérience CLOUD étudie le lien possible entre les rayons cosmiques et la formation des nuages. Les expériences ACE, AEGIS, ALPHAASACUSA et ATRAP utilisent toutes des antiprotons du Décélérateur d’antiprotons, tandis que l’expérience CAST a pour objet de trouver des particules hypothétiques ne provenant pas d’oscillations dans les accélérateurs, mais du Soleil.

Ce programme de recherche, d’une grande richesse, couvre un vaste éventail de thèmes de la physique, allant des kaons aux rayons cosmiques et du Modèle standard à la supersymétrie. Pour en savoir plus sur chacune des expériences, voir la liste ci-dessous. 

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Expériences

ACE

Des antiprotons pour lutter contre les cellules cancéreuses

AEGIS

AEGIS utilise un faisceau d’antihydrogène pour mesurer l’effet de la gravitation terrestre sur l’antimatière

ALICE

ALICE étudie le plasma de quarks et de gluons, un état de la matière qui aurait existé juste après le Big Bang

ALPHA

ALPHA a pour objet de capturer et étudier des atomes d'antihydrogène et de les comparer aux atomes d'hydrogène

AMS

Le Spectromètre magnétique alpha, arrimé à la Station spatiale internationale, recherche la matière noire, l’antimatière et la matière manquante

ASACUSA

L'éxperience ASACUSA compare la matière avec l'antimatière en créent des atomes hybrides comme « l’hélium antiprotonique »

ATLAS

Depuis une caverne située à 100 mètres sous terre, le détecteur ATLAS, qui pèse 7000 tonnes, sonde les particules fondamentales

AWAKE

AWAKE explore l’utilisation des plasmas pour accélérer les particules jusqu’à des énergies élevée sur de courtes distances

CAST

Des particles hypothétiques pourraient expliquer la différence entre la matière et l'antimatière - et nous pourrions les trouver au centre du soleil

CLOUD

Y a-t-il un lien entre les rayons cosmiques et la formation des nuages? Une expérience au CERN étudie un lien possible avec une chambre à brouillard

CMS

Le détecteur CMS repose sur un aimant solénoïde géant pour incurver les trajectoires des particules produites lors des collisions dans le LHC

COMPASS

COMPASS étudie les liens complexes entre les quarks et les gluons qui leur permettent de donner naissance aux particules observables

ISOLDE

ISOLDE étudie les propriétés des noyaux atomiques pour des applications en recherche fondamentale, astrophysique, sciences des matériaux et de la vie

LHCb

LHCb nous permettrera de comprendre pourquoi nous vivons dans un Univers qui semble être constitué de matière, sans aucune présence d’antimatière

LHCf

L’expérience LHCf utilise les particules émises à petits angles lors des collisions produites dans le LHC pour simuler des rayons cosmiques

MoEDAL

L’expérience MoEDAL a pour but de rechercher une particule hypothétique portant une charge magnétique : le monopôle magnétique

NA61/SHINE

NA61/SHINE (the SPS Heavy Ion and Neutrino Experiment) étudie la production de hadrons dans la collision de différentes particules

NA62

Comprendre ces désintégrations aidera les physiciens à vérifier certaines prédictions du modèle standard concernant les interactions à courte distance

nTOF

nTOF étudie les interactions entre neutron et noyau pour des énergies allant de quelques MeV à plusieurs GeV

OSQAR

L’expérience OSQAR a pour but de rechercher des particules qui pourraient constituer la matière noire

TOTEM

L’expérience TOTEM étudie des particules à très petits angles