Grand collisionneur de hadrons à haute luminosité

Augmenter la luminosité d'un collisionneur permet de multiplier les données recueillies et donc les chances d'observer des phénomènes rares mais également d'étudier plus précisément les phénomènes déjà connus[3]. Le LHC à haute luminosité devrait ainsi produire chaque année au moins 15 millions de bosons de Higgs, alors que le LHC n'en a produit qu'environ 3 millions en 2017[4]. La poursuite de l'étude du plasma quarks-gluons et des saveurs est également un objectif du HL-LHC[5].

Le projet du HL-LHC est initié en 2010 par l'Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire (CERN)[6]. Associé avec 15 établissements de recherche de pays européens[6] (Istituto nazionale di fisica nucleare, Science and Technology Facilities Council, Université de Southampton, Université de Manchester, Commissariat à l'Énergie atomique et aux Énergies alternatives, École polytechnique fédérale de Lausanne, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Deutsches Elektronen-Synchrotron, ...) ainsi que de Russie et du Japon, le CERN coordonne une demande de fonds du septième programme-cadre de l'Union européenne, pour la recherche et le développement technologique[6], financement obtenu en 2011[7].

En 2013, le CERN considère que le Grand collisionneur de hadrons à haute luminosité doit être la principale priorité de l'Europe en physique des particules[8]. La phase d'études se poursuit jusqu'à fin 2014.

Schéma du positionnement des expériences et des préaccélérateurs

D'autres laboratoires rejoignent le projet portant à 29 le nombre d'instituts impliqués et ce sont maintenant 13 pays autres que ceux associés au CERN[9], dont les États-Unis ( BNL, FNAL, LBNL, SLAC, JLAB et ODU[10]) qui y collaborent. Les travaux de génie civil pour le Hl-LHC ainsi que l'amélioration des injecteurs du LHC sont programmés pendant l'arrêt entre les 2e et 3e phases d'exploitation, de fin 2018 à fin 2020. Les principaux chantiers se situent aux points 1 (ATLAS) et 5 (CMS) mais des travaux souterrains sont également prévus aux points 2 (ALICE) et 8 (LHC-b)[11].

Les travaux d'excavation aux points 1 et 5 (puits d'accès, cavernes de services et galeries souterraines) ont débuté en juin 2018[12].

La mise en service du Grand collisionneur de hadrons à haute luminosité nécessite le développement de nouveaux appareils car augmenter le nombre de collisions implique des modifications des faisceaux de particules. Il faut notamment des aimants quadripôles plus puissants pour focaliser le faisceau, des cavités « crabe » pour orienter les faisceaux, de nouveaux collimateurs pour mieux protéger les appareils, de nouvelles lignes supraconductrices et de nouveaux aimants de courbure [13].