Le samedi 27 juin 2026, à six heures du matin, l’accélérateur de particules le plus puissant jamais construit a envoyé promener ses derniers faisceaux de protons.
Depuis, le grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN est plongé dans un silence trompeur. Sous la frontière franco-suisse, dans les 27 kilomètres de tunnel enfouis à une centaine de mètres de profondeur, un chantier hors norme vient de s’ouvrir : « Long Shutdown 3 » (LS3).
D’une durée de quatre ans, il vise à métamorphoser la machine en une version dopée d’elle-même, la HiLumi LHC, capable de produire dix fois plus de collisions donc dix fois plus d’occasions de prendre la nature en flagrant délit.
Zoom sur l’un des chantiers les plus attendus du monde de la science !
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Le LHC, plus puissant collisionneur de particules du monde commence ses travaux pour devenir ENCORE plus puissant
Des aimants qui poussent le supraconducteur dans ses retranchements
Le cœur du chantier tient dans quelques dizaines de mètres, de part et d’autre des deux détecteurs géants ATLAS et CMS. C’est là que le faisceau doit être écrasé le plus finement possible avant l’impact, pour multiplier les chocs. Les aimants de focalisation actuels, en niobium-titane, vont céder leur place à une nouvelle génération taillée dans un composé de niobium et d’étain, le Nb₃Sn. Le gain attendu promet d’être spectaculaire : un champ magnétique d’environ 11,3 teslas, soit près de moitié plus qu’aujourd’hui (8T soit +41% pour être précis) !
Une douzaine de ces aimants viendra encadrer chaque détecteur. Ils existent en deux longueurs : 4,2 mètres, fabriqués aux États-Unis, et 7,2 mètres, assemblés au CERN. Le niobium-étain a un défaut de caractère : une fois transformé, il devient cassant comme du verre, ce qui interdit toute manipulation brusque. Il exige un traitement thermique à 640 °C, puis un refroidissement extrême. En fonctionnement, ces aimants baigneront à 1,9 kelvin, soit −271,3 °C : plus froid que l’espace intersidéral.
Un banc d’essai grandeur nature, une « ligne » d’aimants de 95 mètres, a d’ailleurs été descendu à cette température au printemps pour valider l’ensemble avant l’installation définitive.
Les cavités crabe, ou l’art de faire pivoter des paquets de protons
Dans le LHC, les protons ne circulent pas en flot continu mais en paquets, qui se croisent avec un léger angle au moment du choc, ce qui a pour effet immédiat que les deux paquets ne se recouvrent qu’en partie, et bon nombre de protons se ratent poliment.
Les cavités crabe corrigent ce défaut en donnant à chaque paquet une petite torsion, comme un crabe qui se déplace de biais (d’où leur nom). Bien inclinés, les paquets se présentent alors face à face et le taux de collisions grimpe.
Le premier « crabbing » d’un faisceau de protons a été démontré dès mai 2018 dans le Supersynchrotron. Le programme prévoit désormais seize de ces cavités supraconductrices autour d’ATLAS et de CMS. Pour les alimenter, des liaisons supraconductrices d’un genre inédit, longues d’une centaine de mètres et taillées dans du diborure de magnésium, achemineront des courants dépassant 100 000 ampères sans presque rien dissiper.
Dix fois plus de collisions, des détecteurs quasi neufs
Toute cette débauche d’ingénierie vise un seul chiffre : la luminosité, autrement dit le nombre de collisions livrées aux expériences. La HiLumi la multipliera par dix. Concrètement, chaque croisement de paquets produira entre 140 et 200 collisions, contre une soixantaine aujourd’hui. De quoi fabriquer quelque 15 millions de bosons de Higgs par an, là où le LHC en produisait environ 3 millions en 2017.
Cette abondance a un revers : il faudra trier plus de cinq milliards d’interactions par seconde pour n’en garder que les plus intéressantes. ATLAS et CMS vont ainsi renouveler de fond en comble leurs systèmes de déclenchement électronique qui décident, en une fraction de seconde, quel événement mérite d’être enregistré.
À la clé : des trajectographes entièrement en silicium comptant des milliards de voies de lecture, et des détecteurs de temps capables de dater le passage d’une particule à quelques dizaines de picosecondes près.
| Paramètre | LHC (actuel) | HiLumi LHC (dès 2030) |
|---|---|---|
| Luminosité de crête | ~1×10³⁴ cm⁻²·s⁻¹ | 5 à 7,5×10³⁴ cm⁻²·s⁻¹ |
| Collisions par croisement de paquets | ~60 | 140 à 200 |
| Aimants de focalisation | niobium-titane, ~8 T | niobium-étain, ~11,3 T |
| Bosons de Higgs produits par an | ~3 millions (2017) | ~15 millions |
| Température des aimants | 1,9 K (−271,3 °C) | 1,9 K (−271,3 °C) |
Un chantier à des milliers de mains
Derrière les aimants et les cavités, il y a des femmes et hommes.
Des milliers, en réalité : ingénieurs, physiciens, techniciens et personnels d’appui, venus d’environ 44 instituts répartis dans une vingtaine de pays. La HiLumi est un chantier européen dans l’âme, mais résolument mondial dans son exécution : les laboratoires américains Fermilab et Brookhaven usinent une partie des aimants, le Japon apporte son savoir-faire, l’Italie, l’Espagne, la Suède ou le Royaume-Uni ont mis la main à la pâte. Le tout pour une facture estimée autour de 1,1 à 1,14 milliard de francs suisses (1,19 à 1,24 milliard d’euros).
Ce que le LS3 met en jeu dépasse la seule quête du Higgs. En maîtrisant le niobium-étain, les liaisons supraconductrices à très haute intensité ou les cavités crabe, l’Europe consolide un savoir-faire en supraconductivité qui irrigue bien d’autres domaines, de l’imagerie médicale aux réseaux électriques du futur.
Calendrier des travaux du HiLumi LHC :
| Échéance | Étape du chantier |
|---|---|
| 27 juin 2026 | Derniers faisceaux évacués, fin des collisions du LHC |
| 29 juin 2026 | Ouverture du tunnel, coup d’envoi du LS3 pour le LHC |
| Fin août 2026 | Arrêt des injecteurs (Supersynchrotron, installation ISOLDE…) |
| À partir de 2028 | Redémarrage graduel du complexe d’accélérateurs |
| Juin 2030 | Première collision de la HiLumi LHC (quatrième période de prise de données) |
| Fin 2033 | Fin de cette période d’exploitation, avant un nouvel arrêt technique |
Source :
CERN, CERN bids farewell to the LHC and enters Long Shutdown 3 (29 juin 2026)
https://home.cern/cern-bids-farewell-to-the-lhc-and-enters-long-shutdown-3/
Communiqué officiel annonçant l’arrêt du LHC et le lancement du Long Shutdown 3.
Image de mise en avant : Installation de deux cryostats sur le HL-LHC, novembre 2019 – crédit : CERN.
