CMS, l’expérience de physique des particules à la recherche du boson de Higgs auprès du LHC au Cern, à laquelle participe largement le Dapnia, vient d’être l’auteur d’un record mondial. En effet, lundi 28 Août à 12h25 mn, le solénoïde de CMS a produit un champ magnétique de 4 teslas occupant un volume de plus de 460 m3. C’est la première fois au monde qu’un champ magnétique aussi intense est produit dans un si grand volume. Cette performance est loin d’être anecdotique pour CMS, puisqu’il s’agit là du champ nominal prévu pour la mise en service de l’expérience.
Les détecteurs de physique nécessitent des champs magnétiques intenses pour courber la trajectoire des particules afin d’en mesurer la quantité de mouvement. De plus, le domaine de hautes énergies étudié au LHC impose des dimensions colossales à ces détecteurs. C’est la raison pour laquelle CMS possède le plus grand solénoïde en supraconducteurs jamais réalisé, près de 7 m de diamètre pour 12,5 m de longueur. Pour produire un champ magnétique de 4 teslas il faut alimenter la bobine géante avec un courant de 19 500 A. Ce champ provoque alors un effort d’expansion de 600 tonnes/m2 dans le solénoïde, qui se situe aux limites supportables par la structure mécanique. L’énergie alors stockée dans la bobine est de 2,6 gigajoules, soit de quoi soulever la tour Maine-Montparnasse d’environ 2 mètres, ou de satelliser un homme à la hauteur de la station spatiale internationale.
CMS avant la fermeture du détecteur. À droite, on aperçoit le solénoïde (en gris) au centre duquel va venir se loger un des bouchons qui ferme la culasse magnétique.
Le test du solénoïde permet de valider le fonctionnement des détecteurs de CMS sous un champ de 4T en détectant la trajectoire de rayons cosmiques.
Les supraconducteurs constituent l’unique solution pour produire un champ aussi intense dans un tel volume. En février 2006, la bobine de CMS avait déjà été refroidie jusqu’à la température de -269°C nécessaire pour que les supraconducteurs dont elle est constituée perdent toute résistance électrique. Différents détecteurs ont ensuite été installés en son sein (voir L’Enfourneur de cristaux), puis l’ensemble a été complété pour former une énorme culasse magnétique. En juillet 2006 les premiers essais électriques sur la bobine étaient effectués, et moins d’un mois plus tard la valeur record de 4 teslas est atteinte.
La production en continu d'un champ nominal de 4 teslas constitue à la fois un défi technologique et une étape essentielle pour l’expérience CMS. Le Dapnia a su proposer des solutions innovantes dans la conception d’ensemble du solénoïde pour lequel il a pris en charge l’étude et le suivi industriel de plusieurs sous-ensembles, et conduit le test de certains des éléments les plus critiques avant leur installation définitive. Par ailleurs, le Dapnia a supervisé l’assemblage de la partie cryogénique du solénoïde après en avoir établi le processus de montage et conçu les outils nécessaires.
Les physiciens et ingénieurs du Dapnia s'impliquent tout autant dans la préparation d’autres éléments de CMS, comme le détecteur de photons et électrons à base de cristaux ou les chaînes de logiciels nécessaires à l’analyse de données et à l’interprétation physique des résultats.
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Faits marquants déjà parus sur le sujet :
Le plus grand solénoïde supraconducteur au monde est en place.
La bobine supraconductrice du détecteur CMS est complète.
Pour en savoir plus : Le site de CMS http://cms.cern.ch/
• Constituants élémentaires et symétries fondamentales › Physique des particules auprès des collisionneurs Structure et évolution de l'Univers
• Le Département de Physique des Particules (DPhP) • Le Département des accélérateurs, de cryogénie et de magnétisme (DACM)
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