La supraconductivité ouvre la voie à une luminosité élevée

Les nouvelles liaisons supraconductrices mises au point pour transporter des courants de 20 000 ampères, en cours de test au CERN (Image : CERN)

Une version longue de l’article (en anglais) a paru sur le site du CERN Courier.

À l’heure où le LHC arrive à la fin de sa première longue exploitation, qui a duré de mars 2010 à mars 2013, les choses s’accélèrent en vue de la première grande amélioration. Aux environs de 2020, le LHC pourrait accroître son potentiel de découverte en multipliant par cinq sa luminosité, dans la configuration qu’on appelle le « LHC haute luminosité » (HL-LHC).

Le projet HL-LHC nécessitera un certain nombre de nouveaux aimants supraconducteurs à champ élevé ainsi que des cavités radiofréquence supraconductrices, compactes et ultra-précises, permettant de manipuler les faisceaux à proximité des points de collision, ainsi que de nouvelles liaisons supraconductrices haute puissance de 300 mètres de longueur. La supraconductivité, grâce à laquelle le courant électrique circule sans perte d’énergie, est une technologie de base du LHC. Le collisionneur emploie quelque 1 700 grands aimants supraconducteurs et près de 8 000 aimants de correction supraconducteurs, tous refroidis par plus de 100 tonnes d’hélium superfluide.

L’année dernière a connu des avancées majeures dans les technologies supraconductrices pour le HL-LHC. Le projet prévoit des aimants constitués à partir d’un supraconducteur niobium-étain, permettant d’atteindre des champs magnétiques plus élevés que les structures actuelles en niobium-titane. Des aimants de ce type ont déjà été utilisés avec succès aux États–Unis. Des prototypes de différentes conceptions de cavités radiofréquence spéciales, permettant de faire pivoter les paquets de particules avant qu’ils entrent en collision, sont actuellement testés au Royaume-Uni et aux États-Unis, ainsi qu’au CERN. Pour pouvoir éloigner certains équipements du tunnel du LHC, de nouvelles liaisons supraconductrices mises au point pour transporter des courants pouvant aller jusqu’à 20 000 ampères sont actuellement testées au CERN.

Vers la fin de 2012, deux réunions ont permis aux équipes chargées de ces activités de pointe de revenir sur les avancées réalisées et de planifier les activités futures, au sein de différents instituts dans le monde et aussi par des échanges avec des partenaires industriels. En novembre, la deuxième réunion annuelle HiLumi LHC-LARP a rassemblé des experts de l’étude de conception HiLumi LHC, le programme de recherche LHC aux États-Unis, et des équipes du Japon et de Russie. Le mois suivant, un atelier consacré aux technologies supraconductrices pour les accélérateurs de prochaine génération a eu lieu au CERN ; le but était d’explorer les défis techniques résultant de la conception de nouveaux accélérateurs et de les faire correspondre à des solutions industrielles innovantes.

Le projet HL-LHC, qui pourrait être approuvé par le Conseil du CERN en juin, dans le contexte de la nouvelle stratégie européenne pour la physique des particules, permettra de produire dix fois plus de collisions par an qu’en 2012.