LHC dipole magnets in the tunnel
A chain of LHC dipole magnets inside the tunnel at point 1 (ATLAS) towards the end of Long Shutdown 2 (LS2).When the Large Hadron Collider (LHC) begins Run 3 next year, operators aim to increase the energy of the proton beams to an unprecedented 6.8 TeV. (Image: CERN)

La troisième période d'exploitation du LHC

La troisième période d'exploitation, qui marque le début d'une nouvelle période d'acquisition de données, commence en juillet 2022 pour les expériences du Grand collisionneur de hadrons (LHC), après plus de trois ans de travaux d'amélioration et de maintenance. Des faisceaux circulent déjà dans le complexe d’accélérateurs du CERN depuis le mois d'avril. Le LHC sera maintenant exploité pendant près de quatre ans à l'énergie de collision record de 13,6 milliers de milliards d’électronvolts (TeV), soit 6,8 TeV par faisceau.

En prévision de l'acquisition de données, les quatre grandes expériences du LHC ont apporté d'importantes améliorations à leurs systèmes de lecture et de sélection des données, avec l’intégration de nouveaux systèmes de détecteurs et d’une nouvelle infrastructure informatique. Par rapport aux périodes d'exploitation précédentes, ces modifications leur permettront de collecter des échantillons de données beaucoup plus grands, avec des données de meilleure qualité.


Que va faire le CERN pendant le Run 3 ? Fabiola Gianotti, Directrice générale du CERN (Video en anglais : CERN)

Les détecteurs ATLAS et CMS s'attendent à enregistrer plus de collisions pendant la troisième période d'exploitation du LHC pour la physique que lors des deux périodes précédentes réunies. L'expérience LHCb a été entièrement remise à niveau et prévoit de multiplier par dix son débit d'acquisition de données, tandis qu’ALICE a pour objectif de multiplier par cinquante le nombre de collisions enregistrées  ̶ une hausse considérable.

Grâce à des échantillons de données plus volumineux et à une énergie de collision plus élevée, la troisième période d'exploitation permettra d’étendre encore le programme de physique déjà très diversifié du LHC.


Que signifie un « run » au LHC ? Rende Steerenberg, Chef du groupe Operations du département Faisceaux (Video en anglais : CERN)


Quelles nouveautés dans le Run 3 du LHC ? Mike Lamont, Directeur des accélérateurs et de la technologie (Video en anglais : CERN)


Pourquoi le Run 3 est important pour le LHC ? Malika Meddahi, Directrice adjointe des accélérateurs et de la technologie (Video en français : CERN)

Qu'attendons-nous de la troisième période d'exploitation ?

1. Étudier la nature du boson de Higgs

Au cours de la troisième période d'exploitation, les scientifiques des expériences ATLAS et CMS étudierons la nature du boson de Higgs avec une précision inégalée, et dans de nouveaux canaux.

« Nous avons gratté la surface, déclarait Peter Higgs en 2019. Mais il est clair que nous avons encore beaucoup à découvrir. »

En repoussant les limites de la précision, les scientifiques étudieront le degré d'interaction entre le boson de Higgs et les particules de matière et celles porteuses de force. Ils observeront s'il se désintègre en de nouvelles particules, notamment celles qui pourraient constituer la matière noire. L'interaction du boson de Higgs avec la particule connue la plus lourde, le quark top, présente un intérêt particulier pour la recherche d'une nouvelle physique.


Quelles sont les attentes d’ATLAS pour le Run 3? Andreas Hoecker, porte-parole de l’expérience ATLAS (Video en anglais : CERN)


Quelles sont les attentes de CMS pour le Run 3? Luca Malgeri, porte-parole de l’expérience CMS (Video en anglais : CERN)

2. De nouvelles mesures de précision ouvrent la voie à une nouvelle physique

Grâce à cette troisième période d'exploitation, les scientifiques des expériences LHC pourront améliorer la précision des mesures de nombreux processus connus en rapport avec des questions fondamentales, telles que l'origine de l'asymétrie matière-antimatière dans l'Univers.

Ils chercheront également des candidats pour la matière noire et pour d'autres phénomènes de nouvelle physique, soit par des recherches directes, soit de façon indirecte par des mesures précises des propriétés de particules connues.


Quelles sont vos attentes en matière de physique pour le Run 3 ? Sophie Renner, physicienne théoricienne au CERN (Video en anglais : CERN)


Quels résultats attendez-vous du Run 3? Michelangelo Mangano, physicien théoricien au CERN (Video en anglais : CERN)

3. Violation de l'universalité de la saveur des leptons

D’après le Modèle standard de la physique des particules, les désintégrations impliquant différentes saveurs de leptons doivent se produire avec la même probabilité. Cette caractéristique, appelée « universalité de la saveur leptonique », est généralement mesurée par le rapport entre les probabilités de désintégration. Dans le Modèle standard de la physique des particules, ce rapport devrait être très proche de un.

L'expérience LHCb a observé une possible différence de comportement entre divers types de leptons, avec des résultats intéressants indiquant des indices pour une déviation de un.

Si ces résultats devaient se confirmer à mesure que davantage de données seront collectées et analysées, cela signalerait une faille dans le Modèle standard.


Quelles sont les attentes de LHCb pour le Run 3? Chris Parkes, porte-parole de l’expérience LHCb (Video en anglais : CERN)

4. Programme de collisions d’ions lourds

Le prochain programme de collisions d'ions lourds permettra aux expériences, en particulier ALICE, d'étudier avec une précision inégalée le plasma de quarks et de gluons (PQG), l’état de la matière qui prévalait dans les dix premières microsecondes après le Big Bang.

Outre une campagne principale de collisions plomb-plomb, une brève campagne de collisions avec des ions d'oxygène est prévue pour la première fois : il s’agit d’observer l'apparition d'effets de type plasma de quarks et de gluons dans des systèmes de collision de plus petite dimension.


Quelles sont les attentes d’ALICE pour le Run 3 ? Luciano Musa, porte-parole de l’expérience ALICE (Video en anglais : CERN)