Après quelques péripéties en 2009 pour le LHC (un incident qui a cassé un morceau de la machine et qui a demandé un an de réparation), le LHC repartait de plus belle à la conquête du Higgs en 2010 en fournissant à la communauté internationale les premières collisions à des énergies encore inégalées. Voici un billet qui avait été publié sur le blog En quête de Sciences lors du redémarrage et un extrait de ce billet de La Science pour Tous lors des premières collisions à hautes énergies qui ont eu lieues le 20 mars 2010.

Les particules sont de retour dans le LHC

L’heure du week-end n’est pas encore venue pour les employés du CERN. Vendredi en fin d’après-midi, les physiciens ont remis en route le Large hadron collider (LHC), plus grand accélérateur de particules au monde. Pour la première fois depuis son inauguration et ses quelques heures de fonctionnement en septembre 2008, des injections de particules ont eu lieu, l’espace de quelques fractions de seconde, dans les anneaux du LHC.

Extrait de 10 faits remarquables du LHC ! ©Lison Bernet

Un temps suffisant pour que ces protons fassent un tour complet du LHC. Accéléré à une vitesse proche de celle de la lumière le faisceau de particules parcourent 11 000 fois les 27 km de la plus grande boucle en une seconde. Plus tard dans la soirée, un deuxième faisceau sera lancé en sens contraire. Et c’est précisément leur collision qui intéresse les physiciens.

Les expériences devraient durer une partie du week-end. Selon le porte-parole du CERN cité par l’Agence France presse, samedi à 7 heures, des injections de particules de plusieurs minutes devraient être tentées. Vous pouvez suivre les particules dans leur course folle sur le compte twitter du CERN, mis à jour très régulièrement.

Avec cette machine d’une extraordinaire complexité, les scientifiques espèrent produire la « particule de Dieu » alias le boson de Higgs. L’existence du boson de Higgs a été prédite par la théorie dite du “modèle standard”, mais personne n’a encore pu l’observer. Et pour cause, le boson serait apparu dans les premiers instants ayant suivi le big-bang… S’ils réussissaient, les travaux menés au LHC permettraient de mieux comprendre la naissance de l’univers et son évolution.

Le CERN a eu la bonne idée de réaliser une animation sur le trajet des particules dans les différents circuits de l’accélérateur, de la « bouteille d’hydrogène » jusqu’au grand anneau de 27 km de circonférence. Cette initiative est la bienvenue. Il nous semble que les organismes de recherches ont le devoir, en plus de leurs travaux, d’expliquer au grand public le sens de leurs expériences. La vidéo qui suit en est un bel exemple ; espérons qu’elle fasse des émules:

Comment marche le LHC? par vtt_128

Collisions à 7 TeV dans le LHC au CERN

(Extrait de ce billet)

Après 20 ans d’attente de la part des physiciens, le plus puissant accélérateur de particules du monde, le LHC, vient de faire ses premières collisions à 7 TeV (Tera électronvolt), c’est un moment historique dans l’histoire de la physique des hautes énergies mais ca veut dire quoi et surtout : ca sert à quoi ?

  A quoi sert le LHC ?

Le but du LHC (Large Hadron Collider) et des expériences du CERN (Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire) est d’approfondir les connaissances de l’homme sur l’origine de l’Univers et sur son fonctionnement ainsi que de mieux appréhender les lois de la nature pour mieux répondre à plusieurs questions fondamentales. Ici, la science ressemble plus à de la philosophie qu’à de la recherche permettant d’améliorer notre cadre de vie. Ceci s’appelle de la recherche fondamentale… Certains chercheurs peuvent parfois paraitre un peu « mystiques » par leur allure, leurs idées et leur attitude mais ils font bel et bien avancer nos connaissances et notre compréhension du monde qui nous entoure !

Les physiciens espèrent répondre à de nombreuses questions grâce aux futures données produites par les expériences du LHC. La première attente est la découverte de particules super-symétriques (SUSY) pouvant permettre l’explication d’une partie de la masse manquante dans l’univers ainsi que de détecter le fameux boson de Higgs expliquant la masse des particules. L’étude des différences entre matière et antimatière ainsi que la découverte de dimensions supplémentaires sont également au programme de recherche.

Cependant, pour effectuer ces recherches fondamentales, le CERN doit mettre en œuvre d’innombrables nouvelles technologies de pointes en relation avec l’industrie. Le meilleur exemple est l’invention du Web au CERN à la fin des années 80 pour gérer les informations venant des expériences de la physique des particules ! En plus des très nombreuses innovations en technologies de l’information pour gérer les milliards de données produites par le LHC (les systèmes d’acquisition de données, la grille de calcul planétaire, etc.), le LHC a littéralement dopé la recherche mondiale sur la supraconductivité et la cryogénie ainsi que leurs applications industrielles pendant les 15 dernières années. Le CERN fournit également des isotopes pour la médecine et contribue à la recherche en imagerie médicale et en thérapie contre les cancers à base d’hadrons (hadronthérapie), comme par exemple à travers le projet PARTNER. Le CERN a également une vocation de formation et d’éducation et accueille des milliers d’étudiants du monde entier chaque année dans tous les domaines de la science.

Extrait de Laissez passer les p’tits papiers… ©Lison Bernet

Il n’y a pas que l’énergie qui compte !

Les faisceaux sont désormais stables à 3,5 TeV, soit la moitié de l’énergie maximale que le LHC pourra délivrée (7 TeV), mais l’énergie n’est pas le seul paramètre à regarder. Pour l’instant les faisceaux sont encore peu intenses. Pour réaliser de « bonnes » collisions en très grand nombre, il faut également prendre en compte de très nombreux autres paramètres. Par exemple, la luminosité et l’intensité des faisceaux sont 2 autres paramètres clés (parmi beaucoup d’autres) car ils sont directement liés au nombre de collisions produites et donc à la chance de « voir » une nouvelle particule. En effet, certains évènements sont parfois si rares qu’il faut faire tourner ces gigantesques accélérateurs de particules pendant plusieurs dizaines d’années pour valider les différentes théories. Il faut donc produire le plus grand nombre de collisions possible en le moins de temps possible!

La luminosité d’un faisceau correspond au nombre de particules passant dans une section de 1 cm² à chaque seconde et l’intensité d’un faisceau correspond au nombre
total de protons qu’il contient. Aujourd’hui, seulement 2 paquets de particules par faisceau ont circulé (le LHC peut contenir jusqu’à 2808 paquets) et la luminosité maximale autour des 10²⁷ protons/cm².s avec 2*10¹⁰ protons par paquet (contre une luminosité de 10³⁴ protons/cm².s et une intensité de 10¹¹ protons par paquet pour le fonctionnement maximal du LHC).

Extrait des tribulations intestines des accélérateurs du LHC. ©Lison Bernet

Pour augmenter cette luminosité, il faut augmenter le nombre de paquets et le nombre de protons par paquets ainsi que réduire au maximum le diamètre du faisceau. Les paquets peuvent faire quelques millimètres de diamètre mais sont focalisés juste avant les points de collisions et le LHC devrait pouvoir réduire ce diamètre jusqu’à 16 micromètres, soit 3 fois plus fin qu’un cheveu humain.

Le LHC marche bien !

Aujourd’hui, le LHC a démontré son efficacité et sa prise en main rapide par les équipes d’opération du CERN : seulement quelques mois ont été nécessaires pour « apprivoiser » cette machine unique au monde par sa taille et sa complexité. Désormais, l’opération à 3,5 TeV devient facilement reproductible.