L’Organisation européenne pour la recherche nucléaire, aussi appelée laboratoire européen pour la physique des particules et couramment désignée sous l'acronyme CERNLe Lexique des règles typographiques en usage à l'Imprimerie nationale, 2002, 134 recommande d'écrire le sigle CERN en majuscules. (du nom du Conseil européen pour la recherche nucléaire, organe provisoire institué en 1952.), est le plus grand centre de recherche en physique des particules du monde.
Il se situe à quelques kilomètres de Genève, en Suisse, à cheval sur la frontière franco-suisse, sur les communes de Meyrin, Prévessin-Moëns et Saint-Genis-Pouilly. Les anneaux des accélérateurs s'étendent sous les communes françaises de Saint-Genis-Pouilly et Ferney-Voltaire.
Histoire Création Au lendemain de la Seconde Guerre mondiale, la recherche européenne en physique est quasi inexistante, alors qu'elle était au sommet de sa gloire quelques années auparavant. C'est dans ce contexte que le physicien français Louis de Broglie lance l'idée, lors de la conférence européenne de la culture tenue à Lausanne en 1949, de créer un laboratoire scientifique européen.
En 1952, avec le soutien de l'UNESCO, qui favorise la création de laboratoires scientifiques régionaux (et notamment l'appui du physicien Pierre Auger, qui dirige alors à l'UNESCO le département des sciences exactes et naturelles), onze gouvernements européens décident de créer un Conseil européen pour la recherche nucléaire (CERN). C'est lors d'une réunion à Amsterdam que le site d'implantation des installations de l'organisme est choisi : la commune de Meyrin, en Suisse, située près de la frontière franco-suisse, près de Genève.
Premiers accélérateurs Les premiers travaux pour la construction du laboratoire et de son accélérateur de particules commencent au mois de . Le , la convention du CERN est ratifiée par douze États européens et le CERN est officiellement créé. ; il se nomme maintenant Organisation européenne pour la recherche nucléaire.
En 1957, le premier accélérateur, un synchro-cyclotron (SC) à protons, est mis en service. Un second accélérateur, plus puissant, est de type synchrotron à protons (PS) et est inauguré le par le physicien danois Niels Bohr.
centré|vignette|Synchrocyclotron.
Anneaux de stockage à intersections
Les physiciens des accélérateurs plaident pour la construction d’un collisionneur, qui sera appelé « anneaux de stockage à intersections » (Intersecting Storage Rings, ISR), et obtiennent gain de cause lors de la session du conseil de . Ainsi, en 1965, le Gouvernement français accorde le droit au CERN d'agrandir son domaine sur le sol français. Les travaux débutent l’année suivante, sous la responsabilité du physicien norvégien , pour une mise en service prévue en 1971"CERN70 : Le premier collisionneur de hadrons du monde", article sur le site du Cern le 29 mai 2024 ..
Premières collisions protons-protons Le collisionneur ISR, unique au monde, déploie des « anneaux de stockage », appelés aussi « anneaux de collision »"Collisions, bulles et étincelles", Le Monde, 23 décembre 1970 (lire en ligne).. Les deux structures de de diamètre sont « entrelacées »Guy Doyen, "27 janvier 1971 : Premières collisions Proton-Proton", CERN, (lire en ligne). et construites pour de francs suisses et dans les délais voulus. L'ISR se révèle un , débouchant sur de nombreux résultats importants, qui font au toujours partie des connaissances de base en physique des particules. Ce premier collisionneur proton-proton au monde recourt à un détecteur dans un gros aimant à champ fractionné (Split Field Magnet, SFM), un Georges Charpak, Mémoires d’un déraciné, physicien, citoyen du monde, Éditions Odile Jacob, 2008 (lire en ligne, sur Google Livres). "Evolution and revolution: detectors at the ISR", Courrier du CERN, 25 Janvier 2011 (lire en ligne)..
Avec cet ISR, il n'y a plus un faisceau de particules, mais deux, se percutant l'un l'autre au lieu de frapper une cible fixe, ce qui procure une énergie décupléePierre Monnier, « 70 ans du Cern: les 7 découvertes majeures de l'organisation européenne de recherche nucléaire », Géo le 29 septembre 2024 (lire en ligne).. L'objectif est de détecter la quantité et le type de particules qui sont produites lorsque les protons se bombardent, pour découvrir le quark, dont l'existence a été proposée en 1964 par Murray Gell-Mann.
Des millions de photographies pour calculer les trajectoires L'histoire de l’informatique au CERN débute par un IBM 709 en 1961, remplacé par un 7090 utilisant des transistors, puis un miniordinateur, , est chargé , en particulier au moment du déploiement des anneaux de stockage à intersections.
Le CERN prévoit alors d'avoir avant fin 1972 trois très grands détecteurs : deux chambres à bulles, BEBC et Gargamelle, et une chambre à étincelles, Oméga, une variante, l'ensemble autorisant pour chaque chambre plusieurs millions de photographies des traces laissées par le passage des particules, sur lesquelles identifiant le lieu où s'est produite l'interaction, transmises à un ordinateur qui calcule la vitesse des particules et la direction de leur trajectoire, ce qui requiert plusieurs très grosses calculatrices scientifiques, quelques machines moyennes et une quinzaine de petites. Le budget du CERN passe ainsi de de francs suisses en 1957 à en 1964 puis en 1968 et en 1970. Le développement de détecteurs de traces est concentré sur la chambre proportionnelle multifils mise au point par Georges Charpak« Adolf Minten (1931 – 2020). L’éminent physicien du CERN, Adolf Minten, est décédé le 21 mars à l’âge de 88 ans », CERN, 29 avril 2020 (. Les données sont centralisées sur la dizaine de DEC PDP-11, dont la capacité de calcul est augmentée en recourant rapidement à celle d'un CII 10070, ordinateur moyen « spécifiquement destiné à une analyse des données en temps réel », avec des terminaux, via une liaison interne appelée réseau Omnet"Le réseau CERNET au travail", article par Mike Gérard, dans le Courrier du CERN de juin 1982 lire en ligne )., projet mis en place 1969 ou avant, dont les demandes ont changé en 1971, et qui a relié en tout une cinquantaine d'ordinateurs du CERN C.F. Parkman et J.G. Lee, « Omnet, high speed data communications for PDP-11 computers », CERN, 21 décembre 1979 (lire en ligne )..
Bob Russell y invente le langage informatique PL-11 pour relier les ordinateurs CII et DEC Brian E Carpenter, Network Geeks. How They Built the Internet, Editions Springer, Londres, 2013 (lire en ligne).. À la fin des années 1960, plus de sont disséminés au CERN, qui développe ainsi différents systèmes de communications informatiques (FOCUS, OMNET, CERNET), lesquels grandissent ensuite, lui permettant dans les années 1990, de devenir Au CERN, la science : un pont entre les cultures, Marilena Streit-Bianchi, 2018..
En 1967, un accord est passé entre la France et l'Allemagne cette fois pour la construction d'une chambre à bulles à hydrogène. Un second laboratoire est construit en 1971 pour y placer le Super Synchrotron à Protons (SPS) de sept kilomètres de circonférence. En 1976, les deux laboratoires sont réunis.
Événement de l'hiver 1970-1971 Le , le Cern lance avec succès les essais du premier grand anneau de stockage, dont la construction a commencé quatre ans avant, permettant d'y lancer des protons accélérés par le SPS et de tenter de les y faire séjourner en attendant la construction du second anneau, pour ensuite débuter les premières expériences de collision« Premiers essais des grands anneaux de stockage du CERN », Le Monde, 7 novembre 1970 (lire en ligne).. Dans la nuit du 26 au , les protons du premier anneau entrent bien en collision avec ceux du second, à une cadence de 1000 chocs par seconde, dont 10 % environ effectivement enregistrés, dégageant une énergie de 470 milliards d'électrons-volts, soit bien plus qu'attendu pour les deux grands accélérateurs de particules en construction aux États-Unis ou projeté en Europe« Le CERN réussit à obtenir les premières collisions de protons à grande énergie », Le Monde, 30 janvier 1971 (lire en ligne).. Avec cette réussite, le CERN apparait comme .
Construction du LEP
vignette|Cavité radiofréquence du LEP. En 1981, il est décidé de construire le (LEP, soit « Grand collisionneur électrons-positrons »), dans un tunnel d'une circonférence de . Il est alors le plus grand accélérateur de particules du monde et le plus puissant collisionneur de leptons. Il est inauguré le . Ce n'est qu'avec le LHC ou Grand collisionneur de hadrons, mis en service le et qui réutilise son tunnel, qu'il est détrôné.
Remplacement du LEP par le LHC
vignette|gauche| thumb|Séminaire sur la physique du LHC par Jean Iliopoulos (2009)Séminaire sur la physique du LHC par Jean Iliopoulos, École Normale Supérieure, Paris, 2009.. vignette|Bâtiments. vignette|Le Globe de la Science et de l'Innovation. En 1994, la construction du (LHC, ou « Grand collisionneur de hadrons ») est approuvée. Intéressé, le Japon devient un État observateur à la suite de ses contributions financières au LHC en 1995, suivi par les États-Unis en 1997.
En , le début du démontage du LEP commence, afin de laisser son tunnel libre pour le LHC, qui entre en service le . Il est le plus important accélérateur de particules au monde construit à ce jour. Le , un incident provoque une fuite d'hélium qui nécessite une réparation et un arrêt de l'accélérateur.. Le , les réparations sur le LHC sont terminées et les essais reprennent progressivement. Les premières collisions de particules à se produisent vers le , ce qui est alors, en énergie, la plus importante collision artificielle de particules.. Dès lors, il est prévu de faire fonctionner le LHC pendant une période presque ininterrompue de 18 à , de manière à redécouvrir les particules du modèle standard et valider les différents détecteurs constituant le LHC. À l'issue de cela, des collisions d'une énergie de sont prévues, qui devraient permettre de découvrir des particules encore inconnues, infirmant ou confirmant plusieurs théories physiques en compétition..
Le , après un premier cycle opérationnel (2009-2013) et deux ans de réparation, les machines du LHC sont relancées pour une durée de trois ans sans interruption (24h/24)..
Fin , une fouine s'étant introduite dans les tunnels du LHC provoque « une perturbation électrique sévère ». La fouine a endommagé un transformateur, provoquant une panne de plusieurs jours du système..
Programme de rénovation 2015-2025
En 2015, le CERN lance un programme de rénovation de ses infrastructures, avec l'objectif d'augmenter sa capacité de production de de bosons de Higgs par an à . Sur l'anneau de , seront équipés de nouvelles technologies, et de nouveaux aimants supraconducteurs sont en cours de construction..
En , le CERN inaugure le Linac-4, un accélérateur de particules linéaire long de et situé sous le sol.. Il a été relié à la chaîne des accélérateurs alimentant le LHC au cours du deuxième long arrêt technique de 2019-2022 (LS2)...
Découvertes vignette|Le NeXT Cube utilisé par Tim Berners-Lee au CERN pour inventer le .
Identification de particules élémentaires En 1983, la théorie électrofaible est presque entièrement confirmée, les forces faibles et électromagnétique sont presque unifiées. C'est également cette année, le , que les premiers travaux du LEP commencent. En 1984, Carlo Rubbia et Simon van der Meer reçoivent en octobre le prix Nobel de physique pour leur découverte concernant la force électrofaible. À la suite de l'inauguration du LEP en 1989, les prédictions de la théorie sur la force électrofaible sont confirmées, notamment l'existence de particules chargées (bosons W) dont la masse est d'environ celle du proton ainsi que d'une particule neutre (le boson Z) dont la masse est d'environ celle du proton.
Le , des chercheurs annoncent qu'ils ont réussi à piéger pour la première fois des atomes d'antihydrogène dans un champ magnétique « », CNN, 18 novembre 2010..