02
Bâtir pour explorer
les extrêmes
*

Accélérateurs
Détecteurs
Calcul et données
Une part importante des forces de l’institut est mobilisée dans la conception, la réalisation et le pilotage d’expériences qui repoussent les limites du possible en terme de taille des instruments, de précision des mesures, d’environnement de fonctionnement et de flux de données à traiter.
Sonder l’infiniment petit
Des accélérateurs de particules de plusieurs kilomètres de long...
L’exploration du monde de l’infiniment petit se fait principalement en produisant des collisions de particules à des énergies de plus en plus grandes. Dans des collisionneurs construits à cet effet, des paquets de particules sont accélérés et guidés dans un tube sous vide en sens inverse les uns des autres. À une vitesse proche de celle de la lumière, ils sont déviés pour entrer en collision. Le LHC, ci-contre, est le plus grand et le plus puissant collisionneur jamais construit. Il se trouve au CERN à Genève et mesure 27 kilomètres de circonférence. Le FCC, son successeur qui pourrait voir le jour autour de 2050, devrait mesurer quant à lui 100 kilomètres de circonférence !

Accélérateur/collisionneur LHC - crédits : CERN

Tracé du LHC - crédits : Maximilien Brice CERN

Tracé proposé pour le FCC - crédits : CERN

... et des détecteurs lourds comme la tour Eiffel
Parmi les quatre principaux détecteurs de particules du LHC (ATLAS, CMS, ALICE et LHCb), ATLAS s'illustre par son gigantisme : il a la taille d’un immeuble de cinq étages. CMS, le plus lourd, pèse 14 000 tonnes et contient plus de fer que la tour Eiffel ! Leur intérieur est pourtant d’une complexité inouïe.

Détecteur ATLAS auprès du collisionneur LHC du CERN
crédits : CERN

Echanges de données internationaux de la grille WLCG.
crédit : WLCG

La grille de calcul mondiale WLCG
À l’image des expériences du LHC qui ont produit environ 50 000 téraoctets de données par an, la physique des deux infinis génère des flots de données qu’il faut trier, stocker et exploiter. C’est pour cela qu’elle a été pionnière dans la mise en place et le pilotage de la grille de calcul, un réseau de 170 centres informatiques répartis dans le monde entier et qui se partagent le travail. Le Centre de calcul de l’IN2P3 à Lyon est l’un des treize centres de premier niveau.
Sonder l’infiniment grand
Des télescopes dans les profondeurs...
L’IN2P3 se focalise sur des messagers cosmiques dont certains sont quasiment insensibles à la matière. C’est le cas des neutrinos, qui nécessitent de déployer des détecteurs colossaux pour capter suffisamment d’événements à l’image de l’instrument KM3NeT, un réseau de milliers de photomultiplicateurs immergés dans le noir par 2500 m de profondeur en Méditerranée. Ils enregistrent, dans un volume de 6 milliards de litres d’eau de mer, la trace laissée par les neutrinos cosmiques après qu’ils aient traversé la Terre de part en part. D’autres détecteurs géants de neutrinos cosmiques sont opérés à 1000 m sous terre ou encore dans la profondeur des glaces de l’Antarctique.

Mise à l’eau d’un groupe de photomultiplicateurs du télescope à neutrinos sous-marin KM3NeT
crédits : Patrick Dumas pour l’IN2P3

Satellite Euclid dédié
crédits ESA

... dans l'espace ...
Preuve de son expertise technologique, l’IN2P3 a co-construit pour le satellite Euclid de l’ESA, programmé en 2022, l’instrument NISP dédié à l’étude de l’énergie noire et de la matière noire dans l’Univers sur près de 10 milliards d’années-lumière.
... et sur terre
En 2025, l’observatoire international CTA, auquel participe l’institut, étudiera les rayons gamma de très haute énergie émis par les phénomènes violents de l’Univers. Il sera constitué d'une centaine de télescopes dont le plus gros fera 23 m de diamètre.

Vue d’artiste du site de CTA au Chili
crédits : CTA

Stocker des océans de données
Le Centre de Calcul de l’IN2P3 a une capacité de stockage de près de 340 000 téraoctets de données. Une capacité qu’il faut sans cesse renforcer pour absorber le flot des données expérimentales.

Salle des serveurs du centre de calcul de l’IN2P3
crédits : CC-IN2P3