LHC : ouverture de la chasse aux particules !
Mardi 30 mars 2010, le Grand collisionneur de hadrons (LHC, Large Hadron Collider) au Cern à Genève, devrait produire ses premières collisions de protons à haute énergie. Les premières collisions engageront la recherche dans des domaines encore inexplorés des lois fondamentales qui régissent l’Univers. L’événement fera l’objet d’une retransmission télévisée en français par Eurovision de 9h à 11h. Le CNRS/IN2P3(1) et le CEA/Irfu(2) sont impliqués dans l’ensemble des expériences : leurs chercheurs sont à votre disposition pour commenter l’événement.
Le LHC, dont la construction et la mise en œuvre mobilise depuis 25 ans des milliers de chercheurs, d’ingénieurs et de techniciens dans plus de 50 pays, va apporter des éléments de réponses à certaines questions essentielles de la physique des particules. L’énergie sans précédent qu’il atteindra pourrait même révéler des résultats tout à fait inattendus. Au cours des dernières décennies, les physiciens ont décrit de plus en plus précisément les particules fondamentales qui constituent l’Univers, ainsi que leurs interactions. Cette compréhension de l’Univers, qui constitue le modèle standard de la physique des particules, présente cependant des failles et ne répond pas à toutes les questions. Pour combler ces lacunes, les scientifiques ont besoin de données expérimentales que le LHC va leur permettre d’obtenir.
Des faisceaux de protons circulent depuis le 19 mars 2010 à une énergie de 3,5 TeV(3) dans le tunnel du LHC, une énergie jamais atteinte auparavant par aucun accélérateur de particules. Mardi 30 mars, les opérateurs du LHC tenteront pour la première fois de réaliser des collisions au niveau d’énergie record de 7 TeV (3,5 TeV par faisceau). La procédure pour amener les faisceaux à entrer en collision est complexe. Par comparaison, aligner les deux faisceaux revient à lancer deux aiguilles de part et d’autre de l’Atlantique et à les faire se rencontrer au milieu de l’océan. Il est donc possible que plusieurs jours soient nécessaires avant de produire de telles collisions. Le jour de la première tentative, l’événement sera transmis en direct depuis le Cern.
En France, plus de 400 physiciens et ingénieurs du CEA/Irfu et du CNRS/IN2P3 ont contribué à la genèse et au développement des quatre détecteurs du LHC. Leur forte participation à l’effort de R&D en matière d’instrumentation a permis aux équipes françaises de jouer un rôle majeur dans le choix des technologies retenues, dans la conception et la réalisation des détecteurs . La France tient également une place importante dans la gri! lle de c alcul qui permet de mutualiser les ressources de centaines de milliers d’ordinateurs pour traiter les données fournies par les détecteurs du LHC.
Les quatre détecteurs du LHC ont des buts et des conceptions complémentaires. Atlas et CMS sont notamment destinés à déterminer l’existence d’un ou de plusieurs bosons de Higgs(4) et à «traquer » de nouvelles particules appelées « supersymétriques ». Ils seront capables de traiter le même volume d’informations que tout le réseau de télécommunications européen actuel. Deux autres détecteurs sont destinés à des études particulières : Alice et LHCb. L’expérience Alice doit pouvoir mettre en évidence et étudier un état particulier de la matière aux origines de l’Univers, le plasma quark‐gluon, un état où quarks et gluons ne sont pas “ emprisonnés ” sous forme de protons et de neutrons. En étudiant spécifiquement les mésons B (particules composées d’un quark b et d’un antiquark), l’expérience LHCb s’intéressera à l’antimatière, l’objectif étant de mieux comprendre pourquoi l’Univers est constitué de matière plutôt que d’antimatière.
Le 30 mars 2010 est un événement très attendu par les physiciens du monde entier travaillant auprès des détecteurs, pour lesquels de nouveaux horizons scientifiques s’ouvriront. À ce niveau d’énergie, les scientifiques vont pouvoir vérifier les données et prédictions des expériences précédentes. En particulier, les nouvelles particules, prédites ou non, qui pourront être découvertes les aideront à comprendre comment fonctionne notre Univers.
Une fois les collisions à 7 TeV effectuées, il est prévu de faire fonctionner le LHC en continu pendant une période de 18 à 24 mois, avec un court arrêt technique à la fin de 2010. On disposera alors de suffisamment de données pour confirmer la prééminence du LHC au plan mondial dans le domaine de la physique des hautes énergies. Au terme de cette première phase d’exploitation, un arrêt plus long permettra de p réparer le LHC à une énergie encore plus élevée : l’énergie ! de colli sion nominale de 14 TeV.
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Notes
- Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers
- Institut national de physique nucléaire et de physique des particules
- L’électron-volt (symbole eV) est une unité de mesure d’énergie. Sa valeur est définie comme étant l’énergie cinétique d’un électron accéléré depuis le repos par une différence de potentiel d’un volt. 1 TeV = 1012 eV
- Particule prédite par le modèle standard de la physique des particules. Elle est supposée expliquer l’origine de la masse de toutes les particules de l’Univers, y compris de la sienne.
