Sous la frontière franco-suisse, un froid extrême au CERN
Il fait plus froid sous la campagne genevoise que dans le vide interstellaire. À quelques dizaines de mètres sous les vignes et les champs qui chevauchent la frontière entre la France et la Suisse, un anneau de 27 kilomètres de circonférence abrite un point que l’on pourrait qualifier de plus froid jamais créé et maintenu par l’humanité. Ce froid extrême est nécessaire pour faire fonctionner le Grand collisionneur de hadrons (LHC), où des faisceaux de protons sont accélérés à des vitesses proches de celle de la lumière.
Le LHC utilise des aimants supraconducteurs pour guider ces particules. La supraconductivité nécessite des températures extrêmement basses. Pour atteindre ces conditions, le LHC est refroidi à 1,9 kelvin (-271,3°C) grâce à 120 tonnes d’hélium liquide, dont 90 tonnes d’hélium superfluide. Cette température est inférieure aux 2,7 kelvins du fond diffus cosmologique, rendant le LHC plus froid que le vide spatial.
Pour obtenir un tel froid, le CERN a mis en place un système cryogénique complexe qui refroidit au total 36 000 tonnes de masses froides. L’hélium est d’abord refroidi jusqu’à 80 kelvins, puis jusqu’à 4,5 kelvins, avant d’être injecté dans les aimants. Ce processus nécessite également 10 000 tonnes d’azote liquide.
La température de 1,9 kelvin permet aux fils en niobium-étain des bobines des aimants de devenir supraconducteurs, perdant toute résistance électrique. Les 1 292 aimants dipolaires du LHC dépendent de ce froid pour maintenir leur champ magnétique et stabiliser les faisceaux de particules. Un arrêt ou redémarrage de la machine nécessite plusieurs semaines de réchauffement ou de refroidissement progressif pour éviter des dommages.
Cette gestion précise du froid est essentielle pour la recherche en physique des particules. Chaque collision observée et chaque donnée collectée reposent sur cet équilibre thermique maintenu à quelques dixièmes de degré près.
Sous la frontière franco-suisse, une bataille discrète contre le froid cosmique se joue grâce à des tonnes d’hélium, illustrant l’ingéniosité humaine dans la quête de comprendre les fondements de la matière.
Source : Sciencepost.fr
