L'équipe travaillant sur l'analyse des ions dans le centre de contrôle du CERN alors que l'analyse du xénon commence. Crédit :Jules Ordan/CERN
Aujourd'hui, le LHC goûte à quelque chose d'inhabituel. Pendant huit heures, le Grand collisionneur de hadrons accélère et heurte des noyaux de xénon, permettant les grandes expériences LHC, ATLAS, ALICE, CMS et LHCb, d'enregistrer pour la première fois les collisions au xénon.
Le xénon est un gaz noble, présents en quantités infimes dans l'atmosphère. Ses atomes sont constitués de 54 protons et entre 70 et 80 neutrons, en fonction de l'isotope. Les collisions de xénon dans le LHC (d'atomes avec 54 protons et 75 neutrons) sont donc similaires aux collisions d'ions lourds qui sont régulièrement effectuées au LHC. Normalement, noyaux de plomb, qui ont une masse beaucoup plus grande, sont utilisés. "Mais un essai avec des noyaux de xénon était prévu pour l'expérience à cible fixe NA61/SHINE au SPS (Super Synchrotron à Protons), " explique Reyes Alemany Fernandez, qui est en charge des courses d'ions lourds. "Nous profitons donc de l'occasion pour une courte période avec du xénon au LHC."
« C'est une opportunité unique à la fois d'explorer les capacités du LHC avec un nouveau type de faisceau et d'obtenir de nouveaux résultats de physique, " dit John Jowett, le physicien en charge des faisceaux d'ions lourds au LHC.
Et qui sait? Peut-être que cette course sans précédent mènera à des découvertes surprenantes. "Les expériences mèneront le même type d'analyses avec les ions xénon qu'avec les ions plomb, mais, parce que les noyaux de xénon ont moins de masse, la géométrie de la collision est différente, " explique Jamie Boyd, Coordinateur du programme LHC, qui est responsable de la liaison entre la machine LHC et les équipes d'expérimentation. Les collisions d'ions lourds permettent aux physiciens d'étudier le plasma quark-gluon, un état de la matière qui aurait existé brièvement juste après le Big Bang. Dans cette soupe primordiale extrêmement dense et chaude, les quarks et les gluons se déplacent librement, sans être confiné par la force forte des protons et des neutrons, tels qu'ils sont dans notre Univers aujourd'hui.
L'écran du LHC pendant l'exploitation au xénon-ion. Crédit :CERN
Passer des protons au xénon n'est pas un jeu d'enfant, toutefois. Une équipe prépare depuis le début de l'année le complexe d'accélérateurs pour la marche au xénon. Les atomes du gaz sont accélérés et dépouillés de leurs 54 électrons dans quatre accélérateurs successifs avant d'être lancés dans le LHC. "Le nombre de paquets et la fréquence de révolution varient beaucoup entre les protons et les noyaux de xénon, " explique Reyes Alemany Fernandez. " L'une des difficultés est de régler et de synchroniser les systèmes radiofréquence des accélérateurs. "
Après le passage au xénon dans le LHC qui a duré quelques heures, les noyaux de xénon continueront à circuler dans le complexe accélérateur, mais seulement jusqu'au SPS. Pendant huit semaines, le SPS fournira des ions xénon à l'expérience NA61/SHINE, qui étudie également le plasma quark-gluon, mais dont les analyses viendront compléter celles menées par les expériences LHC. Plus précisement, NA61/SHINE s'intéresse au point de déconfinement, un seuil d'énergie de collision au-dessus duquel la création d'un plasma quark-gluon serait possible. NA61/SHINE teste ainsi systématiquement de nombreuses énergies de collision en utilisant des ions de masses différentes. Après le plomb, béryllium et argon, c'est maintenant au tour du xénon de monter sur scène.
Un graphique montrant différents types de noyaux stables, avec leur numéro atomique, c'est-à-dire le nombre de protons, Z, indiqué sur l'axe horizontal et le nombre de neutrons, N, indiqué sur l'axe vertical. Les trois types déjà accélérés dans le LHC, c'est-à-dire des protons (hydrogène), noyaux de plomb et noyaux de xénon, sont indiqués en rouge avec leur nombre de masse, A (N + Z). Crédit :CERN
