L’accélérateur de particules du CERN

Si je vous parle de la découverte de la matière noire dans le film Da Vinci Code, de la manière de créer des êtres humains aux super-pouvoirs dans The Flash ou de diverses références dans The Big Bang Theory, cela vous ramène-t-il à la même super machine que moi ? Si oui, lisez la suite de cet article et sinon, lisez-la aussi pour en apprendre plus ! Vous allez y découvrir la plus grande machine jamais construite par l’homme, dirigée par le CERN (l’organisation européenne pour la recherche nucléaire).

L’accélérateur de particules : historique et objectifs

Situé sous la frontière franco-suisse, ce gigantesque anneau de 27 kilomètres de diamètre sert à expérimenter les hypothèses de la physique théorique. De quoi est fait notre univers ? Quelles particules le composent ? Le LHC (large hadron collider, en anglais) est censé apporter des débuts de réponses à ces questions.

C’est vers la fin des années 70 qu’un premier accélérateur de particules est pensé par les Européens, construit, puis mis en route en 1989. N’ayant néanmoins pas assez de puissance et les limites d’une grande découverte en physique ayant été atteintes, le LEP (large electron positron collider) a cessé de fonctionner en l’an 2000. Il a ensuite été démonté et le LHC a pris sa place dans le même tunnel, à l’emplacement qu’on lui connait.

D’abord imaginé dans la fin des années 80, le projet pour ce deuxième accélérateur de particules, plus puissant que son prédécesseur, a été officiellement approuvé milieu des années 90. Il a notamment dû essuyer quelques retards de développement tant sur le plan financier que technique, pour finalement être opérationnel et lancer sa première collision d’atomes en 2008.
Quel est le but de faire entrer en collision deux atomes ? Il s’agit en fait d’essayer de séparer les différents constituants d’un proton (car oui, il y a plus petit que le proton, l’électron et le neutron). Plus exactement, il s’agit de voir les interactions entre ces minuscules constituants. Et quand je parle d’interactions, je veux dire qu’on espère une décomposition en particules encore plus petites… de quoi donner le vertige.

L’accélérateur de particules : fonctionnement

Pour vous donner une petite idée de l’exploit réalisé au CERN, imaginez que l’on essaye de se faire percuter horizontalement deux aiguilles à coudre lancées à une dizaine de kilomètres de distance l’une de l’autre. Impressionnant, n’est-ce-pas ? Eh bien, c’est ce qu’il se passe à un niveau atomique à chaque collision dans le LHC.

Alors que le premier collisionneur utilisait des électrons et des positrons, l’accélérateur de deuxième génération utilise des faisceaux de protons qui sont des particules bien plus lourdes. Elles permettent ainsi, lors des impacts, de libérer une plus grande quantité d’énergie. Et comme celles-ci circulent à une vitesse proche de celle de la lumière (pour rappel, 300 000 m/s), les quantités dégagées sont phénoménales.
Plusieurs groupes d’atomes sont donc lancés dans des directions opposées et dans des circuits parallèles, qui se rejoignent et se percutent au niveau des détecteurs. Ces détecteurs sont au nombre de quatre : Atlas, Alice, CMS et LHCb. Bien évidemment, tous cela est en réalité un peu plus complexe, mais vous avez dans les grandes lignes ce qu’il se passe dans ce donut géant.

L’accélérateur de particules : découvertes scientifiques majeures passées et futures

C’est en 2012 que le LHC a fait sa découverte la plus importante : le fameux boson de Higgs qui a pu être « observé » et identifié. Ce nom barbare ne vous dit rien ? Ce n’est pas grave, sachez seulement que l’hypothèse de son existence a été émise par deux physiciens théoriciens en 1964 et qu’ils ont obtenus le prix Nobel de physique en 2013.

Dans le modèle standard de la physique des particules, le boson de Higgs permet d’expliquer pourquoi certaines particules ont une masse et d’autres non. Ensuite, en début d’année 2016, un autre signal a été capté par l’un des détecteurs de l’anneau. Les scientifiques ne savent pas encore exactement de quoi il s’agit, mais cela ouvre la voie à une toute nouvelle physique des particules.
Qui sait, peut-être va-t-on découvrir les secrets de la matière noire constituant plus de 90 % de notre univers, des trous noirs et de leurs embouchures ou bien encore de la téléportation…

Pour les personnes intéressées, un film existe sur le LHC qui s’intitule Particle Fever. Je vous invite également à une visite guidée du complexe sur cette page. Saviez vous qu’une fouine a même empêché le fonctionnement de ce géant pendant plusieurs jours au début de l’année 2016 ? L’intrusion du petit animal dans le complexe aurait causé un problème de nature électrique, probablement un court-circuit, ayant endommagé un transformateur de quelques 66 kilovolts.

J’espère que ce survol de la physique théorique ne vous aura pas fait peur. Aviez-vous déjà entendu parler de l’accélérateur de particules ? La physique vous intéresse-t-elle ? Dites-nous tout dans un commentaire !

Muciole

Sources texte :

Site du CERN
Wikipédia sur le LHC
Wikipédia LEP
Wikipédia Boson de Higgs
Article Science et Vie sur les films dédiés aux mystères de la physique,
Article Le Figaro sur la panne du LHC due à une fouine
Magazine Sciences et Vie numéro 1184

Sources images :

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