La troisième période d'exploitation, qui marque le début d'une nouvelle période d'acquisition de données, commence en juillet 2022 pour les expériences du Grand collisionneur de hadrons (LHC), après plus de trois ans de travaux d'amélioration et de maintenance. Des faisceaux circulent déjà dans le complexe d’accélérateurs du CERN depuis le mois d'avril. Le LHC sera maintenant exploité pendant près de quatre ans à l'énergie de collision record de 13,6 milliers de milliards d’électronvolts (TeV), soit 6,8 TeV par faisceau.

En prévision de l'acquisition de données, les quatre grandes expériences du LHC ont apporté d'importantes améliorations à leurs systèmes de lecture et de sélection des données, avec l’intégration de nouveaux systèmes de détecteurs et d’une nouvelle infrastructure informatique. Par rapport aux périodes d'exploitation précédentes, ces modifications leur permettront de collecter des échantillons de données beaucoup plus grands, avec des données de meilleure qualité.

Les détecteurs ATLAS et CMS s'attendent à enregistrer plus de collisions pendant la troisième période d'exploitation du LHC pour la physique que lors des deux périodes précédentes réunies. L'expérience LHCb a été entièrement remise à niveau et prévoit de multiplier par dix son débit d'acquisition de données, tandis qu’ALICE a pour objectif de multiplier par cinquante le nombre de collisions enregistrées  ̶ une hausse considérable.

Grâce à des échantillons de données plus volumineux et à une énergie de collision plus élevée, la troisième période d'exploitation permettra d’étendre encore le programme de physique déjà très diversifié du LHC.

Quelles nouveautés dans le Run 3 du LHC ? Mike Lamont, Directeur des accélérateurs et de la technologie (Video en anglais : CERN)

Au cours de la troisième période d'exploitation, les scientifiques des expériences ATLAS et CMS étudierons la nature du boson de Higgs avec une précision inégalée, et dans de nouveaux canaux.

« Nous avons gratté la surface, déclarait Peter Higgs en 2019. Mais il est clair que nous avons encore beaucoup à découvrir. »

Quelles sont les attentes d’ATLAS pour le Run 3? Andreas Hoecker, porte-parole de l’expérience ATLAS (Video en anglais : CERN)

Grâce à cette troisième période d'exploitation, les scientifiques des expériences LHC pourront améliorer la précision des mesures de nombreux processus connus en rapport avec des questions fondamentales, telles que l'origine de l'asymétrie matière-antimatière dans l'Univers.

Quelles sont vos attentes en matière de physique pour le Run 3 ? Sophie Renner, physicienne théoricienne au CERN (Video en anglais : CERN)

D’après le Modèle standard de la physique des particules, les désintégrations impliquant différentes saveurs de leptons doivent se produire avec la même probabilité. Cette caractéristique, appelée « universalité de la saveur leptonique », est généralement mesurée par le rapport entre les probabilités de désintégration. Dans le Modèle standard de la physique des particules, ce rapport devrait être très proche de un.

L'expérience LHCb a observé une possible différence de comportement entre divers types de leptons, avec des résultats intéressants indiquant des indices pour une déviation de un.

Si ces résultats devaient se confirmer à mesure que davantage de données seront collectées et analysées, cela signalerait une faille dans le Modèle standard.

Le prochain programme de collisions d'ions lourds permettra aux expériences, en particulier ALICE, d'étudier avec une précision inégalée le plasma de quarks et de gluons (PQG), l’état de la matière qui prévalait dans les dix premières microsecondes après le Big Bang.

Outre une campagne principale de collisions plomb-plomb, une brève campagne de collisions avec des ions d'oxygène est prévue pour la première fois : il s’agit d’observer l'apparition d'effets de type plasma de quarks et de gluons dans des systèmes de collision de plus petite dimension.