Le Grand collisionneur de hadrons (LHC), ce gigantesque accélérateur de particules enterré sous la frontière franco-suisse, a subi ce jeudi une mise à niveau technologique si cruciale que le Cern la qualifie d'«opération à cœur ouvert». Car c’est bien du cœur de l’accélérateur qu’il s’agit, de son élément le plus emblématique et le plus photogénique – le détecteur CMS, cylindre de 16 mètres de diamètre et 12 000 tonnes, truffé de câbles multicolores et à côté duquel les humains paraissent fourmis.

Ce détecteur, comme d’autres appelés Atlas ou Alice et placés plus loin sur le trajet circulaire des particules, est comme une chambre photographique : il observe les collisions des protons qui se foncent l’un sur l’autre à la vitesse de la lumière et immortalise le résultat de l’explosion dans les fractions de secondes qui suivent. Les protons éclatent ; les quarks et les gluons qui les composent se désolidarisent et forment de nouvelles particules lourdes pendant une fraction de seconde. Comme elles sont très instables, elles se désagrègent immédiatement et leurs briques élémentaires sont éjectées comme dans un feu d’artifice.

Schéma de coupe du détecteur CMS (image Fowlalgorn_clem, CC BY SA)

C'est à ce moment que les différentes couches du détecteur les pistent : quelle particule a été envoyée dans quelle direction, et avec quelle énergie ? A partir de ces indices, on arrive à deviner la nature des particules lourdes qui ont à peine eu le temps d’exister. C’est comme ça qu’on a découvert le boson de Higgs en 2012, et qu’on a failli croire à la découverte d’une toute nouvelle particule en 2016.

La chasse aux particules est loin d’être finie. Le LHC subit de longues périodes de fermeture entre les expériences (la prochaine commence en 2018) et des coups de pouce réguliers pour devenir toujours plus puissant et plus précis. Ainsi, jeudi, le détecteur CMS a reçu un nouveau trajectographe, sa partie la plus centrale composée de silicium, là où les collisions se produisent.

Remplacement du trajectographe dans le détecteur CMS du LHC, le 2 mars 2017. (Photo Brice Maximilien. CERN)

La sensibilité du détecteur va en être grandement augmentée : «C’est comme remplacer un appareil photo de 66 mégapixels par un appareil de 124 mégapixels», a expliqué le coordinateur technique Austin Ball à la BBC. «Au lieu d’avoir 25 ou 30 protons qui collisionnent en produisant 25 ou 30 images superposées, on devrait avoir 50 ou 60 images superposées.» Il sera ainsi plus facile d’y voir clair parmi les multiples collisions qui s’empilent.