Tout a commencé avec un objectif relativement simple :créer un prototype d'un nouveau type d'appareil pour surveiller le mouvement des structures souterraines au CERN. Mais le projet, fruit d'une collaboration entre le CERN et l'Institut commun de recherche nucléaire (JINR) de Doubna, Russie—a rapidement évolué. Le prototype s'est transformé en plusieurs dispositifs à part entière qui peuvent potentiellement servir de systèmes d'alerte précoce pour les tremblements de terre et peuvent être utilisés pour surveiller d'autres vibrations sismiques. Quoi de plus, les appareils, appelés inclinomètres laser de précision, peut être utilisé au CERN et au-delà. Les chercheurs à l'origine du projet testent actuellement un appareil sur le détecteur Advanced Virgo, qui a récemment détecté des ondes gravitationnelles - de minuscules ondulations dans le tissu de l'espace-temps qui ont été prédites par Einstein il y a un siècle. Si tout se passe comme prévu, cet appareil pourrait aider les chasseurs d'ondes gravitationnelles à minimiser le bruit que les événements sismiques ont sur le signal des ondes.

Contrairement aux sismomètres traditionnels, qui détectent les mouvements du sol par leur effet sur les poids suspendus aux ressorts, l'inclinomètre laser de précision (PLI) mesure leur effet sur la surface d'un liquide. La mesure se fait en pointant la lumière laser sur un liquide et en voyant comment elle est réfléchie. Par rapport aux sismomètres poids-ressort, le PLI peut détecter un mouvement angulaire en plus du mouvement de translation (de haut en bas et d'un côté à l'autre), et il peut capter un mouvement à basse fréquence avec une très grande précision.

"Le PLI est extrêmement sensible, il peut même détecter les vagues sur le lac Léman les jours de vent, " dit le chercheur principal Beniamino Di Girolamo du CERN. " Il peut capter un mouvement sismique qui a une fréquence comprise entre 1 mHz et 12,4 Hz avec une sensibilité de 2,4 × 10 ^-5 rad/Hz ^½ , " explique le co-chercheur principal Julian Budagov de JINR. " Cela équivaut à mesurer un déplacement vertical de 24 picomètres (24 trillionième de mètre) sur une distance de 1 mètre, " ajoute le co-investigateur principal Mikhail Lyablin, également de JINR.

L'équipe a assemblé et testé le prototype PLI au JINR et dans le tunnel TT1 du CERN. Il a si bien fonctionné qu'il a montré le potentiel d'être un système sismique d'alerte précoce utile pour le grand collisionneur de hadrons à haute luminosité (HL-LHC) et d'autres machines et expériences. Le Grand collisionneur de hadrons et ses faisceaux de protons sont extrêmement robustes à l'activité sismique, mais le HL-LHC utilisera des faisceaux plus étroits pour augmenter le nombre de collisions proton-proton et, par conséquent, le potentiel de découvertes en physique des particules. Cela signifie que les faisceaux sont plus susceptibles de se décentrer en cas de séisme de forte magnitude avec un épicentre relativement proche du CERN. Des PLI situés à plusieurs endroits le long de la machine pourraient servir de systèmes d'alerte précoce pour de tels événements.

Compte tenu du potentiel du PLI, le projet HL-LHC a aidé l'équipe à construire plusieurs nouveaux PLI. Un PLI est déjà installé à l'observatoire sismique de Garni en Arménie et un autre a été déployé avec le soutien du groupe de transfert de connaissances du CERN et de l'institut italien INFN à l'observatoire gravitationnel européen, Italie, où se trouve Advanced Virgo. Le Virgo PLI est le résultat d'une collaboration qui a débuté après la conférence de l'APPEC en novembre 2018, déclenchée par le directeur général de l'IUNR et encouragée par la direction du CERN. La collaboration s'est si bien déroulée que, moins d'un an après, le Virgo PLI a été testé.

Les résultats des premiers tests sont encourageants. Avec seulement 15 minutes de données prises le 6 août, le PLI a capté les mêmes signaux que les appareils déjà installés chez Virgo, et à partir de ce jour, il a commencé à fonctionner en continu et a détecté plusieurs tremblements de terre de faible magnitude. Les équipes Virgo et PLI mettent désormais en place le flux de données du PLI vers le système de données Virgo. Cela facilitera la comparaison des données de différents dispositifs sismiques et l'évaluation de l'impact potentiel du PLI sur le fonctionnement de Virgo et la détection des ondes gravitationnelles. "Virgo et les deux détecteurs LIGO aux États-Unis ont récemment commencé une autre recherche d'ondes gravitationnelles, celui qui atteindra plus profondément dans l'univers que les recherches précédentes, " dit l'ancien porte-parole de Virgo Fulvio Ricci de l'Université La Sapienza, Rome. « Nous sommes convaincus que le PLI peut jouer un rôle dans cette recherche importante, " il ajouta.