Visite du nouvel accélérateur de particules, dans les entrailles du CERN
. Dans six mois tout juste, en novembre, l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN), près de Meyrin dans le canton de Genève, devrait mettre en service son nouvel accélérateur de particules, le LHC, dont l'objectif principal est de mieux comprendre l'origine et le fonctionnement de l'Univers. Reportage en sous-sol, à 300 pieds sous terre, où a été construite l'installation.
L'accélérateur de particules LHC (acronyme anglais pour Grand Collisioneur de Hadrons) occupe le tunnel de 27 km de circonférence creusé pour l'ancienne installation du CERN, le LEP. Les particules (des protons ou des noyaux de plomb) y circuleront à une vitesse proche à 99,9999991% de celle de la lumière (~300000 km/seconde): elles effectueront 11245 tours par seconde. Sur le parcours sont installées les quatres expériences: CMS, ATLAS, ALICE et LHCb.
Eddy Mottaz
Les particules circuleront dans de gros tuyaux bleus, qui abritent des aimants dipôlaires faisant dévier leur trajectoire. Pour produire des champs magnétiques assez importants, ces aimants doivent être supraconducteurs, et devront donc être refroidis à -271°C, soit à une température plus basse que dans l'espace (-270.3°C), avec un système cryogénique révolutionnaire. De plus, un très haut vide (à nouveau plus important que dans l'espace) sera fait à l'intérieur du tube: les 6500 m3 d'air, soit autant que le volume d'une cathédrale, seront pompés.
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L'ensemble de la boucle contiendra 9300 aimants (dipôles, quadrupôles, octupôles, etc) dont le rôle est de maintenir les particules sur une trajectoire circulaire et à focaliser le faisceau.
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Le détecteur CMS (pour Compact Muon Solenoid). Son but: débusquer le boson de Higgs, une particule qui pourrait expliquer pour quoi tout, des particules élémentaires aux planètes, a une masse.
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CMS est l'un des instruments scientifiques les plus compacts, les plus complexes et les plus précis jamais construits en physique des particules. Avec ses 12500 tonnes, il contient autant de métal que la Tour Eiffel.
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L'ensemble est construit comme une poupée russe: différents couches de panneaux détecteurs sont imbriquées les unes dans les autres. Leur but: détecter le passage de différents corpuscules issus des collisions entre particules qui s'entrechoqueront à des énergies phénoménales. Et en déduire la présence du furtif boson de Higgs.
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Malgré les 15 mètres de haut que fait l'engin, ses pièces ont été assemblées au millimètre près. Un défi technique exceptionnel.
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Plus de 2300 personnes provenant de 155 institutions réparties dans 37 pays participent à la construction de CMS.
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ATLAS: cette expérience explorera la structure intime de la matière et les forces fondamentales qui gouvernent l'Univers.
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L'ensemble a été construit dans sa caverne située 100 mètres sous terre comme un bateau miniature dans une bouteille: chaque pièce a été minutieusement descendue par un profond puit.
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Avec ces centaines de panneaux détecteurs, dont ceux situés aux extrémités ressemblent aux pales d'un immense moulin à vent, l'instrument a aussi été conçu pour repérer le boson de Higgs.
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Certains détecteurs sont composés de tubes remplis de gaz, qui détectent les traces des particules qui les traversent.
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Quelque 600 millions de collisions se dérouleront dans ATLAS à chaque seconde. Mais seules une centaine seront vraiment dignes d'intérêt pour les scientifiques. Directement dans la machine est donc installé un système de tri qui sélectionnera les événements intéressants, pour éviter d'enregistrer une quantité énorme - et inutile - d'informations.
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ALICE propose un voyage vers l'Univers primordial. Environ 0.01 millisecondes après le Big-Bang, l'Univers était composé d'une soupe de particules appelée plasma de quark-gluons. C'est cette entité que souhaitent recréer les physiciens avec les mini Big-Bang que seront les collisions entre particules (noyaux de plomb).
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LHCb: après le Big-Bang, toute la matière aurait dû être annihilée par l'antimatière, le pendant de la matière. Heureusement pour l'homme, la nature a favorisé la matière. L'infime fraction de matière qui a subsisté est à l'origine de l'Univers dans lequel nous vivons. Mais comment cela s'est-il produit? C'est à cette question que souhaitent répondre les physiciens.
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LHCb ressemble à un immense mille-feuilles de couches de détections et de structures métalliques enchevêtrées. Le détecteur fournit ainsi des informations précieuses sur l'identité, la trajectoire, la quantité de mouvement et l'énergie des particules produite dans les collisions.
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Quelque 620 scientifiques de 14 pays participent au projet LHCb. Kim Vervink, doctorante à l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, justifie sa passion pour la physique des particules et son implication par son "envie de comprendre comment fonctionne fondamentalement la Nature, et de la décrire avec des formules."
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Une nouvelle salle de contrôle a été construite pour le LHC, premier instrument capable de s'autodétruire, ainsi que pour les 9 autres accélérateurs du CERN. Le faisceau de particules portera en effet un énergie équivalente à celle emmagasinée dans un TGV de 400 tonnes roulant à 150km/h! Mais, en cas de problèmes, les techniciens pourront immédiatement dévier le faisceau de particules vers un bloc de graphite pour le disperser. Environ 20 personnes se relayeront jour et nuit dans cette salle.
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La détections des collisions entre particules générera une quantité de données équivalent à une pile de CD-rom haute de 20 km! Pour les analyser, les scientifiques ont imaginé «la grille» (GRID): une toile de milliers d'ordinateurs répartis dans le monde entier (dont 5000 rien qu'au CERN) qui seront connectés entre eux pour se partager le travail.<p><b>Le dossier</b> spécial sur <a href="http://www.letemps.ch/dossiers/2008cern/">l'accélérateur de particules du CERN</a>
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