Grand collisionneur de hadronsvignette|Tunnel du LHC avec le tube contenant les électroaimants supraconducteurs. Le Grand collisionneur de hadrons (en anglais : Large Hadron Collider — LHC), est un accélérateur de particules mis en fonction en 2008 au CERN et situé dans la région frontalière entre la France et la Suisse entre la périphérie nord-ouest de Genève et le pays de Gex (France). C'est le plus puissant accélérateur de particules construit à ce jour, a fortiori depuis son amélioration achevée en 2015 après deux ans de mise à l'arrêt.
Accélérateur de particulesUn accélérateur de particules est un instrument qui utilise des champs électriques ou magnétiques pour amener des particules chargées électriquement à des vitesses élevées. En d'autres termes, il communique de l'énergie aux particules. On en distingue deux grandes catégories : les accélérateurs linéaires et les accélérateurs circulaires. En 2004, il y avait plus de dans le monde. Une centaine seulement sont de très grosses installations, nationales ou supranationales.
Accélérateur linéairethumb|upright=1.8|Diagramme animé montrant le fonctionnement d'un accélérateur linéaire thumb|Partie d'un accélérateur linéaire situé à Clayton, Victoria, Australie. Un accélérateur linéaire est un dispositif permettant d'accélérer des particules chargées afin de leur fournir une énergie cinétique importante dans le but de produire des réactions avec la matière. Les particules accélérées peuvent être des électrons, des protons, ou bien des ions lourds.
Physique des particulesLa physique des particules ou la physique subatomique est la branche de la physique qui étudie les constituants élémentaires de la matière et les rayonnements, ainsi que leurs interactions. On l'appelle aussi parfois physique des hautes énergies car de nombreuses particules élémentaires, instables, n'existent pas à l'état naturel et peuvent seulement être détectées lors de collisions à hautes énergies entre particules stables dans les accélérateurs de particules.
Collisionneurvignette|Photographie d'un morceau du Large Hadron Collider, le plus grand collisionneur de particules du monde (27 km de diamètre). Un collisionneur est un type d'accélérateur de particules mettant en jeu des faisceaux dirigés de particules élémentaires. Les collisionneurs se répartissent en accélérateurs circulaires et accélérateurs linéaires. En physique des particules, pour en savoir davantage sur les particules élémentaires on accélère ces dernières jusqu'à ce qu'elles atteignent une énergie cinétique élevée et on les fait entrer en collision avec d'autres particules.
Physique des accélérateursAccelerator physics is a branch of applied physics, concerned with designing, building and operating particle accelerators. As such, it can be described as the study of motion, manipulation and observation of relativistic charged particle beams and their interaction with accelerator structures by electromagnetic fields. It is also related to other fields: Microwave engineering (for acceleration/deflection structures in the radio frequency range). Optics with an emphasis on geometrical optics (beam focusing and bending) and laser physics (laser-particle interaction).
Particle beamA particle beam is a stream of charged or neutral particles. In particle accelerators, these particles can move with a velocity close to the speed of light. There is a difference between the creation and control of charged particle beams and neutral particle beams, as only the first type can be manipulated to a sufficient extent by devices based on electromagnetism. The manipulation and diagnostics of charged particle beams at high kinetic energies using particle accelerators are main topics of accelerator physics.
International Linear ColliderThe International Linear Collider (ILC) is a proposed linear particle accelerator. It is planned to have a collision energy of 500 GeV initially, with the possibility for a later upgrade to 1000 GeV (1 TeV). Although early proposed locations for the ILC were Japan, Europe (CERN) and the USA (Fermilab), the Kitakami highland in the Iwate prefecture of northern Japan has been the focus of ILC design efforts since 2013. The Japanese government is willing to contribute half of the costs, according to the coordinator of study for detectors at the ILC.
Proton SynchrotronThe Proton Synchrotron (PS, sometimes also referred to as CPS) is a particle accelerator at CERN. It is CERN's first synchrotron, beginning its operation in 1959. For a brief period the PS was the world's highest energy particle accelerator. It has since served as a pre-accelerator for the Intersecting Storage Rings (ISR) and the Super Proton Synchrotron (SPS), and is currently part of the Large Hadron Collider (LHC) accelerator complex. In addition to protons, PS has accelerated alpha particles, oxygen and sulfur nuclei, electrons, positrons, and antiprotons.
ATLAS (détecteur)thumb|Le détecteur ATLAS vers la fin février 2006 ATLAS (acronyme de A Toroidal LHC ApparatuS : - dispositif instrumental toroïdal pour le LHC - qui utilise un électro-aimant toroïdal où le champ magnétique se referme sur lui-même dans l'air, sans l'aide d'un retour de fer) est l'une des du collisionneur LHC au CERN. Il s'agit d'un détecteur de particules semblable à CMS, mais de plus grande taille et de conception différente. Il a pour tâche de détecter le boson de Higgs, des particules supersymétriques (SUSY).
Organisation européenne pour la recherche nucléaireL’Organisation européenne pour la recherche nucléaire, aussi appelée laboratoire européen pour la physique des particules et couramment désignée sous l'acronyme CERN ou Cern (du nom du Conseil européen pour la recherche nucléaire, organe provisoire institué en 1952), est le plus grand centre de physique des particules du monde. Il se situe à quelques kilomètres de Genève, en Suisse, à cheval sur la frontière franco-suisse, sur les communes de Meyrin, Prévessin-Moëns et Saint-Genis-Pouilly.
Réactions nucléaires avec des ions lourdsLes réactions nucléaires avec des noyaux lourds (ou avec des ions lourds) sont des réactions provoquées par la collision de deux noyaux atomiques accélérés, soit naturellement comme les rayons cosmiques ou lors de la nucléosynthèse stellaire, soit artificiellement par des accélérateurs. On les distingue des réactions avec des particules légères (photons, protons, neutrons ou particule α) ; les noyaux du faisceau vont du plus léger comme le lithium (nombre de nucléons 6) aux plus lourds comme l'uranium ( 238).
ProtonLe proton est une particule subatomique portant une charge électrique élémentaire positive. Les protons sont présents dans les noyaux atomiques, généralement liés à des neutrons par l'interaction forte (la seule exception, mais celle du nucléide le plus abondant de l'univers, est le noyau d'hydrogène ordinaire (protiumH), un simple proton). Le nombre de protons d'un noyau est représenté par son numéro atomique Z. Le proton n'est pas une particule élémentaire mais une particule composite.
Cyclotronvignette|redresse=2|Un électroaimant de cyclotron au Lawrence Hall of Science. Les parties noires sont en acier et se prolongent sous terre. Les bobines de l'aimant sont situées dans les cylindres blancs. La chambre à vide se situerait dans l’espace horizontal entre les pôles de l'aimant. vignette|droite|upright=1.25|Cœur du premier cyclotron belge, construit à Heverlee en 1947. Le cyclotron est un type d’accélérateur de particules inventé par Ernest Orlando Lawrence et Milton Stanley Livingston de l'Université de Californie à Berkeley au début des années 1930.
AntiprotonL'antiproton est l'antiparticule du proton. Les antiprotons sont stables, mais ils ont généralement une durée de vie courte, une collision avec un proton ordinaire faisant disparaître les deux particules. L'antiproton est observé pour la première fois en 1955, au cours d'une expérience conduite dans le bevatron du laboratoire national Lawrence-Berkeley, un accélérateur de particules. Quatre ans plus tard, les physiciens américains Emilio Segrè et Owen Chamberlain reçoivent le prix Nobel de physique pour la découverte de cette antiparticule.
Zetta-particuleLes zetta-particules (ou rayons cosmiques d'ultra haute énergie) sont des particules dont l'énergie estimée est de l'ordre du (, soit environ ). Les records actuels d'énergie pour une particule observée sont : par le Fly's Eye à l'Université de l'Utah, une zetta-particule de en octobre 1991. Probablement un proton ou un noyau atomique léger qui possédait une énergie équivalente à celle d'une balle de tennis frappée par un bon joueur. par l'Akeno Giant Air Shower Array (AGASA), une douche de particules résultant d'une zetta-particule de le .
Collision inélastiqueUne collision inélastique est une collision au cours de laquelle l'énergie cinétique des corps qui entrent en collision est totalement ou en partie convertie en énergie interne dans au moins un des corps. Ainsi, l'énergie cinétique n'est pas conservée. La non-conservation de l'énergie cinétique peut dans le cas d'un choc de corps macroscopiques être due à une déformation des deux corps qui se heurtent : la déformation d'une boule de pâte à modeler heurtant une boule de pétanque, par exemple, consomme de l'énergie sous forme de travail.
Choc élastiqueUn choc élastique est un choc entre deux corps qui n’entraîne pas de modification de leur état interne, notamment de leur masse. Dans un tel choc, l'énergie cinétique est conservée. La diffusion des corps, ponctuels ou non, à la suite d'un choc élastique dépend de la loi d'interaction qui intervient au moment du choc et de leur position réciproque pendant ce choc. Dans une diffusion élastique, la notion de section efficace apparaît dans l'étude de la dispersion des particules et les forces qui interviennent entre les particules incidentes peuvent ainsi être étudiées.
CollisionUne collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second. Collision élastique Les collisions élastiques, aussi appelées « chocs durs », se caractérisent par leur absence de perte d'énergie et de déformation. Elles sont impossibles à réaliser sauf au niveau atomique. La plupart du temps, on a donc des collisions quasi élastiques. Collision inélastique Les collisions inélastiques sont les collisions les plus fréquentes et surviennent lorsqu'il y a une perte d'énergie lors de la collision.
TeVatronLe TeVatron était un accélérateur de particules circulaire du Fermilab à Batavia dans l'Illinois aux États-Unis. C'était le deuxième plus puissant collisionneur au monde, derrière le Large Hadron Collider (LHC) du CERN. Sa construction est achevée en 1983, pour un coût de 120 millions de dollars et est depuis régulièrement amélioré. La plus importante de ces améliorations est l'injecteur principal (Main Injector), construit de 1994 à 1999, pour un coût de 290 millions de dollars.
