Big bang miniatures en vue au CERN! C’est sous un tonnerre d’applaudissements et de cris de joie que les physiciens réunis au Centre de Contrôle du CERN ont accueilli les premières collisions de haute énergie dans le Grand Collisionneur de Hadrons (LHC), ce mardi à 12h59. Le nouvel accélérateur entre ainsi pleinement en fonction. «C’est le début d’une nouvelle ère, qui ouvre une fenêtre sur un monde de la physique totalement inconnu à ce jour», s’est exclamé, heureux, Steve Myers, le directeur des accélérateurs. Avant de préciser: «En fait, c’est le deuxième immense jalon, le premier étant la première circulation des faisceaux en novembre dernier», dans le tunnel de 27 km situé sous la frontière franco-suisse, près de Genève.

Deux faisceaux de plusieurs millions de protons – d’infimes particules chargées positivement – ont été injectés dans le LHC, à partir du SPS, un accélérateur plus petit et plus ancien, qui sert de rampe de lancement à ces corpuscules. D’une énergie initiale de 0,45 téraélectronvolts (TeV), ces deux «trains» de protons aussi minces qu’un cheveu ont été accélérés à une vitesse proche de celle de la lumière sur leur trajectoire circulaire pour finalement atteindre l’énergie de 3,5 TeV chacun. Avant d’être enfin amenés à entrer en collision frontale à une énergie totale de 7TeV. Un exploit de technologie, qui nécessite à chaque fois des réglages infiniment précis.

Au fait, 7TeV, est-ce beaucoup? A notre échelle, cela représente sept fois l’équivalent de l’énergie utilisée par un moustique en vol… Mais à l’échelle des particules, c’est énorme, car cette énergie est concentrée dans un volume mille milliards de fois plus petit qu’une tête d’épingle.

De ces collisions ont jailli des quantités faramineuses de particules secondaires. Des «débris» qui ont laissé des traces dans les quatre grandes expériences (CMS, Atlas, LHCb et ALICE) situées sur l’anneau du LHC. «C’est un moment que nous attendons tous depuis des années. C’est vraiment un saut dans l’inconnu», se réjouit Lucas Taylor, porte-parole de l’expérience CMS. Il faudra toutefois des mois d’analyses de ces feux d’artifices corpusculaires pour y déceler des particules inédites, qui pourraient confirmer les bases de la physique moderne (le Modèle Standard) ou alors les ébranler… L’une de ces particules pourrait être le fameux «boson de Higgs» qui permettrait enfin de répondre à une question triviale et pourtant non résolue jusque-là: pourquoi toutes les particules ont une masse.

La matinée avait pourtant commencé sous tension, dans les différents centres de contrôle du CERN. Vers 8h, dans le LHC, les physiciens avaient tenté par deux fois d’accélérer deux faisceaux de protons, afin de les faire se collisionner frontalement. Mais un problème est apparu vers 9h dans le système de refroidissement des aimants supraconducteurs, qui doivent guider les particules sur leur trajectoire circulaire. «Le défaut, heureusement, n’était pas directement dû au LHC lui-même», explique Frédérick Bordry, responsable de la technologie.

Sur le SPS en effet, deux groupes d’aimants dit quadripolaires sont censés focaliser les faisceaux de protons avant qu’ils n’entrent dans le LHC. «Ils sont construits de manière à ce que le champ magnétique qu’ils produisent s’annule mutuellement à l’extérieur de l’accélérateur. Or l’un des deux groupes d’aimants a brusquement cessé de fonctionner, laissant l’autre créer un immense champ magnétique dans toute la région du pays de Gex, en France Voisine. Ce qui a eu pour effet de perturber le LHC, qui s’est automatiquement arrêté», détaille Lyndon Evans, le responsable de la construction de l’accélérateur géant. Depuis la panne qui avait conduit à son arrêt total à l’automne 2008, ce dernier est en effet équipé d’interrupteurs extrêmement sensibles qui lui imposent d’éjecter le faisceau de particules au moindre dysfonctionnement. Après avoir découvert l’origine de la panne «en se plongeant dans l’historique post-mortem», comme dit Frédérick Bordry, c’est-à-dire toutes les données enregistrées au moment où l’accident a eu lieu, «nous avons pu relancer la machine».

Celle-ci est maintenant appelée à fonctionner pendant 18 mois, afin de permettre aux scientifiques de récolter un maximum de données lors des milliards de collisions qui vont avoir lieu. Dès fin 2011, l’exploitation sera à nouveau stoppée pour permettre d’améliorer techniquement l’accélérateur. Ce afin de monter à des collisions de 14 TeV cette fois, et faire du LHC une fantastique machine à découvertes.

Sa construction, devisée au total environ 10 milliards de francs (en incluant les quatre gros détecteurs) a débuté en 2000 et s’est achevée en automne 2008, impliquant plusieurs milliers de physiciens et ingénieurs du monde entier. Mais lors de la mise en marche, un grave problème est apparu dans le système cryogénique, qui avait conduit à l’arrêt de la machine pendant une année. Et causé des réparations pour 40 millions de francs.