Le LHC à haute luminosité (HL-LHC) est une amélioration du LHC : il fonctionnera à plus haute luminosité, autrement dit en produisant plus de données. Ce LHC amélioré entrera en service après 2028 afin d’accroître d’un facteur 10 le volume des données analysées par les expériences ATLAS et CMS. À titre d’exemple, le LHC à haute luminosité produira chaque année au moins 15 millions de bosons de Higgs, contre environ trois millions pour le LHC en 2017.
Le LHC à haute luminosité permettra aux physiciens d’étudier plus en détail les mécanismes connus, comme le boson de Higgs, et d’observer d’éventuels nouveaux phénomènes très rares.
Ces recherches sont essentielles car les éventuels résultats modifieront notre vision des lois fondamentales de la nature. En particulier, elles permettront de poursuivre les mesures des particules prédites par le Modèle standard, le modèle théorique des particules et des forces, et de déceler un éventuel écart des expériences par rapport à la théorie. Elles pourront également vérifier si d’autres particules existent aux énergies du LHC. Leur existence pourrait résoudre certaines des questions de la physique contemporaine, comme la présence d’une énigmatique matière noire.
La construction du LHC à haute luminosité suppose le développement de nouveaux composants. Des travaux de génie civil ont permis de créer les espaces abritant une partie de l'infrastructure technique de ces nouveaux équipements. La construction du HL-LHC devrait être achevée en 2029 ; suivront ensuite au moins dix années de d’exploitation de la machine.
Un puits d’environ 80 mètres de profondeur a été creusé sur les sites des expériences ATLAS à Meyrin (Suisse) et CMS à Cessy (France), ainsi qu’une caverne souterraine et une galerie de service d’une longueur de 300 mètres. Les nouvelles zones souterraines du HL-LHC sont reliées au tunnel du LHC par quatre galeries de connexion. Cinq bâtiments de surface ont également été construits sur chaque site.
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