Aimant dipolaire
Les aimants dipolaires maintiennent les particules sur leur orbite circulaire : la force de Lorentz les dévie, avec p ≈ 0,3 · B · r. Plus d’énergie exige un champ plus fort ou un anneau plus grand. Le LHC compte 1 232 dipôles supraconducteurs d’environ 15 m de long chacun, qui produisent 8,3 T à 1,9 K et maintiennent des protons de 7 TeV sur une circonférence de 27 km.
L’amélioration « Champ magnétique » renforce les dipôles et les entoure de bobines de cuivre. Tous les 10 niveaux de faisceau, tout l’anneau passe à une nouvelle ère.
Cavité RF
Dans les cavités radiofréquence, un champ électrique oscille au rythme des paquets : il les accélère un peu à chaque tour et les maintient groupés en paquets. Le LHC possède huit cavités supraconductrices à 400 MHz par faisceau, d’environ 2 MV chacune, soit 16 MV par faisceau au total.
Tous les 6 niveaux d’énergie de faisceau, un module RF s’ajoute (10 au maximum).
Quadripôle de focalisation
Les aimants quadripolaires agissent comme des lentilles : ils focalisent le faisceau dans un plan et le défocalisent dans l’autre – disposés en alternance, ils le focalisent globalement. Un triplet devant le détecteur comprime le faisceau à environ 17 µm ; plus la section est petite, plus il y a de collisions.
Tous les deux niveaux de « Focalisation », un triplet s’ajoute de chaque côté du détecteur (6 au maximum) ; la focalisation élargit aussi la fenêtre de tir.
Réservoir cryogénique
Les aimants supraconducteurs perdent toute résistance électrique en dessous d’une température critique. Le LHC les refroidit avec environ 100 tonnes d’hélium liquide à 1,9 K – plus froid que l’espace vide (2,7 K) – et c’est la plus grande installation cryogénique du monde.
Chaque niveau de « Cryostat » ajoute un réservoir (10 au maximum) et prolonge le fonctionnement hors ligne.
Ligne d’hélium
L’hélium liquide circule dans une conduite le long des aimants. En dessous de 2,17 K, l’hélium devient superfluide : il conduit extrêmement bien la chaleur et n’a pratiquement aucune viscosité – idéal comme fluide de refroidissement des aimants.
La ligne apparaît à partir du niveau 2 de l’amélioration « Cryostat ».
Faisceau et paquets
Les protons ne circulent pas en flux continu, mais en paquets. Le LHC contient jusqu’à 2 808 paquets par faisceau, d’environ 10¹¹ protons chacun, espacés de 25 ns. Deux faisceaux circulent en sens inverse dans des tubes séparés et ne se croisent qu’aux détecteurs – chaque croisement produit des dizaines de collisions.
Tu tires au rythme des croisements (fenêtre de tir). L’amélioration « Luminosité » augmente le nombre de collisions par seconde et débloque l’automatisation.
Rayonnement synchrotron
Les particules chargées sur une trajectoire circulaire émettent de la lumière tangentiellement. La puissance croît comme E⁴ / (m⁴ · r²) : à énergie égale, un électron perd environ 10¹³ fois plus qu’un proton. C’est pourquoi le LHC utilise des protons, et pourquoi, sur l’anneau à électrons LEP (104,5 GeV), le rayonnement était la limite.
Les éventails de lumière grandissent avec le niveau de faisceau : plus l’énergie est élevée, plus la lumière est vive et dure.
