CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) est le plus grand et prestigieux centre de recherches en physique des particules, situé à Meyrin, à la frontière franco‑suisse près de Genève. Fondé en 1954, il regroupe 24 États membres, avec un budget de plus de 1,4 milliard CHF en 2022 et emploie environ 2 700 personnes, accueillant plus de 12 000 scientifiques de plus de 80 pays

Au CERN, notre travail vise à mieux comprendre de quoi est fait l'Univers et comment il fonctionne. Pour cela, nous mettons à la disposition des scientifiques un complexe unique au monde d'accélérateurs de particules leur permettant de repousser les limites de la connaissance humaine.

Fondé en 1954, le Laboratoire est devenu un remarquable exemple de collaboration internationale.

Notre mission consiste à :

mener des recherches de calibre mondial en physique fondamentale ;
mettre à disposition un complexe unique d'accélérateurs de particules permettant de mener des recherches à la pointe de la connaissance humaine d’une manière durable et respectueuse de l’environnement ;
rassembler des personnes du monde entier dans le but de repousser les limites de la science et de la technologie, dans l'intérêt de tous ;
former les nouvelles générations de physiciens, d’ingénieurs et de techniciens, et associer tous les citoyens à la recherche et aux valeurs de la science.

La science au service de la paix
Aux termes de la Convention du CERN, « Organisation s'abstient de toute activité à fins militaires et les résultats de ses travaux expérimentaux et théoriques sont publiés ou de toute autre façon rendus généralement accessibles. »

ATLAS

L'expérience ATLAS est l'un des deux détecteurs polyvalents du Grand collisionneur de hadrons (LHC) au CERN, situé près de Genève, à la frontière franco-suisse. Son nom est l'acronyme de « A Toroidal LHC ApparatuS ». Installé à environ 100 mètres sous terre, ce détecteur massif mesure 46 mètres de long, 25 mètres de haut et de large, et pèse environ 7 000 tonnes, ce qui en fait le plus grand détecteur de particules jamais construit

Objectifs scientifiques
ATLAS a été conçu pour explorer des questions fondamentales en physique des particules, notamment :

La découverte du boson de Higgs, réalisée en 2012 en collaboration avec l'expérience CMS, confirmant ainsi le mécanisme de génération de la masse des particules

La recherche de particules supersymétriques, qui pourraient expliquer la matière noire.

L'étude des différences entre matière et antimatière pour comprendre pourquoi l'univers est dominé par la matière.

L'investigation de dimensions supplémentaires de l'espace-temps et d'autres phénomènes au-delà du Modèle Standard de la physique des particules.

Fonctionnement du détecteur
Au cœur d'ATLAS, des faisceaux de protons accélérés par le LHC entrent en collision, produisant une multitude de particules. Le détecteur est composé de plusieurs sous-systèmes disposés en couches concentriques autour du point de collision :

Un détecteur interne qui trace les trajectoires des particules chargées.

Des calorimètres qui mesurent l'énergie des particules.

Un système d'aimants supraconducteurs en forme de tore qui courbe les trajectoires des particules pour déterminer leur impulsion.

Un spectromètre à muons qui détecte spécifiquement les muons, des particules similaires aux électrons mais plus massives

Ces composants permettent de reconstituer les événements de collision et d'identifier les particules produites.

SM18, le centre d’essais de CERN

Le site SM18, situé près de Meyrin, en France, est un centre d’essais de premier plan pour les aimants supraconducteurs et les cavités radiofréquences (RF).

Caractéristiques principales
Infrastructure de pointe pour les essais :

SM18 dispose de bancs d’essai verticaux et horizontaux pouvant refroidir les composants jusqu’à 1,9 K (–271,3 °C), une température inférieure à celle de l’espace.

Ce refroidissement extrême est essentiel pour tester les aimants supraconducteurs dans des conditions réalistes.

Essais haute puissance :

Capable d’atteindre des courants jusqu’à 20 kA pour répondre aux exigences des aimants supraconducteurs de nouvelle génération.

Ces aimants emmagasinent entre 2 et 4 fois plus d’énergie que ceux du LHC actuel.

Banc d’essai “Inner Triplet String” (IT String) :

Ce banc s’étend sur 95 mètres et reproduit la configuration des aimants entourant les expériences ATLAS et CMS.

Il comprend six quadrupôles en niobium‑étain, des aimants correcteurs et un dipôle, intégrés pour valider leur comportement collectif et les procédures d’installation avant déploiement.

Liaisons supraconductrices

• SM18 assemble et teste des liaisons supraconductrices en diborure de magnésium (MgB₂).

• Ces câbles peuvent transporter jusqu’à 120 kA à 25 K et sont conçus pour acheminer efficacement l’énergie vers les aimants de l’IT String du HL‑LHC.

Expérience visiteur

• Une zone d’exposition vitrée permet aux visiteurs de découvrir les technologies de pointe développées et testées.

• On y trouve des maquettes grandeur nature de composants du LHC et des explications sur les procédés d’essai des aimants supraconducteurs et cavités RF.

Le Grand collisionneur de hadrons (LHC) est le plus grand et le plus puissant accélérateur de particules au monde. Situé à la frontière franco-suisse, près de Genève, il est exploité par le CERN (Organisation européenne pour la recherche nucléaire).

Fonctionnement du LHC
Le LHC est un anneau de 27 kilomètres de circonférence, enfoui à environ 100 mètres sous terre. Il utilise des aimants supraconducteurs refroidis à -271,3 °C pour guider deux faisceaux de particules (principalement des protons) circulant en sens opposés à des vitesses proches de celle de la lumière. Ces faisceaux entrent en collision en quatre points précis, où sont installés les détecteurs géants : ATLAS, CMS, ALICE et LHCb.

🧪 Découvertes majeures
Depuis sa mise en service en 2008, le LHC a permis plusieurs avancées scientifiques notables :

Découverte du boson de Higgs : confirmée en 2012, cette particule explique comment les autres particules acquièrent leur masse.

Observation de nouveaux hadrons : le LHC a identifié de nombreuses particules composites, comme des tétraquarks et des pentaquarks, enrichissant notre compréhension de la matière.

Transmutation de plomb en or : dans des conditions extrêmes, des collisions ont brièvement transformé des noyaux de plomb en or, réalisant un rêve ancien des alchimistes, bien que de manière éphémère et à une échelle infinitésimale.

Violation de la symétrie CP : des expériences ont observé des désintégrations asymétriques de particules, offrant des pistes pour expliquer la prédominance de la matière sur l'antimatière dans l'univers.

🚀 Projets futurs
LHC à haute luminosité (HL-LHC) : prévu pour 2029, ce projet vise à augmenter le nombre de collisions, permettant des mesures plus précises et la détection de phénomènes rares.

Futur collisionneur circulaire (FCC) : envisagé pour succéder au LHC vers 2040, ce nouvel accélérateur aurait une circonférence de 91 km et atteindrait des énergies de collision jusqu'à 100 TeV, soit sept fois plus que le LHC.

accélérateur de particules

 l’intérieur d’un aimant supraconducteur (un dipôle ou quadrupôle) utilisé dans le Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) au CERN.

Les bobines cuivrées (ou plus précisément en composite superconducteur–cuivre) montées en cos θ ou en fer à châssis : elles génèrent le champ magnétique intense nécessaire pour courber les faisceaux de protons

Le cylindre aluminium ou acier — le cryostat — contient ces bobines en maintenant l’intérieur à une température très basse (~1,9 K, soit –271 °C) grâce à l’hélium superfluide

Les aimants dipôles (1 232 dans l’anneau principal), d’une longueur de ~15 m et pesant ~35 t, génèrent un champ de 8,3 tesla (soit plus de 100 000 fois celui de la Terre) pour diriger les faisceaux chargés à près de la vitesse de la lumière

Les quadruples et autres aimants correcteurs maintiennent la focalisation et la qualité du faisceau au fil de 27 km de tunnel

💡 Techniques de construction
Les bobines sont constituées de fils supraconducteurs (alliage niobium–titane, NbTi), souvent renforcés d’un stabilisateur en cuivre, et assemblés dans un montage appelé cos θ, avec des coins de cuivre pour optimiser la qualité du champ

Le tout est plongé dans un bain d’hélium superfluide à 1,9 K pour éliminer toute résistance, permettant des courants électriques de plus de 11 000 A sans perte d'énergie
cerncourier.com
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📌 En résumé
Vous voyez l’intérieur délicat d’un aimant supraconducteur du LHC, composant clé pour guider les particules lors de collisions à haute énergie. Ces structures impressionnantes allient métaux supraconducteurs, cuivre, acier/ aluminium, et technologies cryogéniques pour fonctionner dans des conditions extrêmes.

cryomodule RF supraconducteur

Vous êtes face à l’intérieur d’un module cryogénique de cavité RF supraconductrice, un composant essentiel des accélérateurs modernes. Il permet de générer des champs électromagnétiques intenses et résonants pour accélérer ou manipuler les faisceaux, tout en fonctionnant à très basse température grâce à l’hélium superfluide.

SM18 dispose de bancs d’essai verticaux et horizontaux pouvant refroidir les composants jusqu’à 1,9 K (–271,3 °C), une température inférieure à celle de l’espace.