L'UNIGE prépare la prochaine ère de la physique des particules
À 6 heures du matin, le lundi 29 juin, les dernières collisions proton-proton du Grand collisionneur de hadrons (LHC) ont été enregistrées par l'expérience ATLAS au CERN. Cette étape marque la fin d'un chapitre remarquable de la physique des particules et le début d'une ambitieuse transformation du collisionneur et de ses expériences.
Le LHC à haute luminosité (HL-LHC) devrait entrer en service en 2030. Il augmentera l'intensité (ou « luminosité ») du collisionneur, permettant de recueillir un volume de données six fois supérieur à celui actuellement disponible. En tant que plus grande expérience du LHC, ATLAS fera elle aussi l'objet d'une profonde transformation afin de relever ce nouveau défi scientifique.
« Le HL-LHC façonnera la physique des particules pour les décennies à venir, et s'y préparer constitue l'un des projets scientifiques les plus ambitieux jamais entrepris par notre collaboration », déclare le porte-parole d'ATLAS, Stéphane Willocq. « Pour enregistrer des données dans ces conditions extrêmes, les systèmes essentiels de l'expérience ATLAS ont été entièrement repensés. Cela nous permettra de continuer à repousser les frontières de la connaissance, d'explorer les limites de nos théories actuelles et de chercher des réponses aux questions qu'elles laissent ouvertes. »
L'expérience ATLAS rassemble près de 6 000 scientifiques issus d'instituts du monde entier, dont plus de 1 600 étudiantes et étudiants en master et en doctorat. Depuis plus de 30 ans, les chercheurs de l'Université de Genève jouent un rôle majeur au sein de cette collaboration. Ils contribuent à la construction et à l'exploitation du trajectographe (tracker), au développement du système de déclenchement (trigger) et exploitent les données d'ATLAS pour réaliser des mesures de précision et rechercher une nouvelle physique susceptible d'expliquer certains des mystères de notre Univers, tout en assumant des responsabilités de premier plan dans la direction de ce projet international d'une ampleur sans précédent.
« Le succès d'ATLAS repose sur une collaboration internationale dynamique », déclare Anna Sfyrla, porte-parole adjointe de l'expérience et professeure associée au Département de physique nucléaire et corpusculaire (DPNC) de l'Université de Genève. « Nous sommes fiers des contributions essentielles de notre équipe au programme scientifique d'ATLAS, qui ont permis d'obtenir des résultats majeurs en physique, de réaliser des mesures de précision sur les constituants fondamentaux de la matière et d'explorer les plus petites échelles de notre Univers. »
Au-delà de ces contributions techniques, les chercheurs de l'Université de Genève jouent également un rôle de premier plan dans l'exploitation scientifique des données recueillies par ATLAS.
« Les données recueillies jusqu'à présent par ATLAS nous ont permis d'explorer un vaste éventail de scénarios de nouvelle physique. Si aucune découverte n'a encore bouleversé notre compréhension de l'Univers, ces recherches ont considérablement resserré les contraintes sur de nombreuses théories et nous indiquent où poursuivre nos investigations. Les données qui seront recueillies par le HL-LHC nous permettront d'explorer ces pistes avec une sensibilité encore jamais atteinte », explique Steven Schramm, professeur associé au DPNC.
La mise à niveau d'ATLAS pour le HL-LHC représente l'une des campagnes d'ingénierie les plus complexes de l'histoire du CERN. Les instituts de la collaboration conçoivent, construisent et testent une nouvelle génération de technologies qui arrivent désormais au CERN pour y être installées. Cette modernisation comprend notamment un nouveau trajectographe interne entièrement en silicium (ITk), un détecteur temporel à haute granularité (HGTD) et un système de sélection des événements de nouvelle génération capable de traiter jusqu'à un million d'événements par seconde.
L'Université de Genève demeure à la pointe des efforts scientifiques et technologiques d'ATLAS. Ses équipes jouent un rôle clé dans cette transformation grâce à leurs travaux sur la mise à niveau du trajectographe et sur le traitement des données en temps réel à 40 MHz. Les chercheurs et ingénieurs de l'université participent à la conception et à la réalisation de composants qui permettront à ATLAS d'acquérir des données dans l'environnement extrêmement exigeant du HL-LHC, où jusqu'à 200 collisions proton-proton se produiront simultanément, 40 millions de fois par seconde.
« L'Université de Genève contribue à préparer ATLAS à une toute nouvelle échelle d'exploration de la physique », déclare Tobias Golling, professeur au DPNC. « Les technologies de détection et de traitement des données que nous développons aujourd'hui permettront de réaliser des mesures de précision et d'accroître le potentiel de découverte des décennies à venir. »
L'une des principales contributions de l'Université de Genève au futur détecteur concerne le nouveau trajectographe en silicium (ITk). Chercheurs, ingénieurs et techniciens sont pleinement mobilisés pour produire et qualifier une part importante des composants du système Outer Pixel qui équiperont le détecteur. Lancés il y a plus de dix ans, ces travaux exigent une précision extrême à chaque étape, de l'assemblage aux tests de qualité, afin de garantir les performances du trajectographe dans les conditions inédites du HL-LHC.
« À l'Université de Genève, nous sommes responsables de la production d'une part importante des composants du système Outer Pixel du futur trajectographe d'ATLAS. Chacun de ces composants doit répondre à des exigences extrêmement strictes en matière de précision, de fiabilité et de qualité avant d'être intégré au détecteur. C'est un travail exigeant, qui mobilise quotidiennement nos équipes de recherche et d'ingénierie, mais nous savons que chacun de ces composants contribuera directement aux découvertes scientifiques des prochaines décennies », explique Sergio Gonzalez Sevilla, chercheur au DPNC et responsable de la contribution de l'Université de Genève au trajectographe ITk.
L'Université de Genève contribue également au développement du futur système de déclenchement et d'acquisition des données (TDAQ). S'appuyant sur une électronique ultra-rapide et des algorithmes sophistiqués, ce système devra analyser en temps réel les 40 millions de collisions produites chaque seconde au HL-LHC afin de ne conserver que les événements les plus intéressants pour les analyses de physique.
Alors que les équipes préparent l'expérience au HL-LHC, la collaboration scientifique poursuit parallèlement l'analyse des gigantesques ensembles de données déjà collectés. Depuis sa mise en service, ATLAS a enregistré plus de 50 millions de milliards de collisions proton-proton. Les chercheurs de l'Université de Genève continueront à jouer un rôle de premier plan dans leur exploitation scientifique. Leur richesse fait des prochaines années l'une des périodes les plus prometteuses de l'histoire d'ATLAS.
Une ère du LHC s'achève. Une autre s'apprête à commencer.
« La force d'ATLAS réside dans ses équipes », conclut Stéphane Willocq. « Alors que nous nous engageons dans l'ère du HL-LHC, nous le faisons avec confiance, sachant que nos efforts collectifs ont, à maintes reprises, permis des avancées scientifiques majeures. Les années à venir seront marquées à la fois par des découvertes scientifiques extraordinaires et par des réalisations technologiques remarquables. »
1 juil. 2026