Le CERN

Bon, je devais faire un article sur le CERN mais je n’ai pas le courage et le temps en ce moment donc j’ai fait une extraction de mon rapport de l’année dernière sur le CERN en question.

Notre connaissance du monde et de l’Univers n’a jamais été satisfaisante et ne le sera peut être jamais mais l’Homme a toujours été ambitieux. Pour approfondir notre connaissance de la matière et de son origine, pour sonder l’infiniment petit, les scientifiques du CERN ont décidé de construire une machine de 27 km de long à 100 mètres sous terre : le LHC, qui deviendra l’accélérateur de particules le plus puissant du monde.   

Pour réaliser ce projet titanesque, des milliers de chercheurs, d’ingénieurs et de techniciens doivent constamment innover et mettre en place des technologies de pointe. Un des principaux défis de l’accélérateur est de conserver ses aimant supraconducteurs à –272°C sur 27 km grâce à des procédés cryogéniques. Cette installation cryogénique est pilotée par des centaines d’automates exploitant plusieurs dizaines de milliers de mesures de température, de pression et de débit pour réguler l’ensemble de l’installation.



Une organisation internationale

Le CERN, Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire, vient de fêter ses cinquante ans. Son premier objectif était de pallier la fuite des cerveaux aux Etats-Unis en créant un laboratoire de physique regroupant les différents scientifiques des pays européens. Désormais, la mission du CERN a évolué et a dépassé toutes les attentes de ses fondateurs. Il deviendra en 2007, avec le LHC (Large Hadron Collider), le plus grand accélérateur de particules du monde. Le CERN emploie quelques 3000 physiciens, ingénieurs, techniciens et ouvriers. Il y a également 6 500 personnes de 80 pays différents qui utilisent les installations aux cours de l’année. Le CERN est dirigé par 20 pays membres européens où viennent s’ajouter 6 pays observateurs ainsi que 20 pays non membres participant aux programmes en cours de réalisation. En effet, la force du CERN réside dans son esprit international et cosmopolite. Tous les plus grands physiciens du monde peuvent travailler ensemble dans le but de faire avancer la Science et de mieux appréhender notre compréhension de la matière, de ses interactions et de notre univers.

Deux prix Nobel de physique ont vu le jour au CERN : en 1983 avec Carlo Rubbia et Simon Van der Meer pour la découverte des bosons W+, W et Z0 véhiculant la force d’interaction faible, en 1992 avec Georges Charpak pour l’invention et la mise au point de détecteurs de particules. On peut penser que le LHC permettra de nouveaux exploits scientifiques en tentant par exemple de découvrir le fameux Boson de Higgs.

Il faut également souligner que le CERN est à l’origine d’un grand nombre d’innovations technologiques dans tous les domaines techniques et dans les sciences de l’ingénieur pour parvenir à ses fins de physique fondamentale.

La physique des particules

Nos connaissances sur la matière et sur notre univers reposent sur un modèle physique appelé « modèle standard ». Ce modèle tente de décrire la matière et ses interactions à l’aide de particules élémentaires qui se divisent en 12 particules de matière et 4 particules porteuses de forces. Ce modèle a été validé par de nombreuses expériences en physique des particules ces dernières années, et notamment au CERN, mais il demeure encore des mécanismes et des phénomènes inexpliqués. Certains scientifiques veulent également dépasser ce modèle standard pour évoluer vers de nouvelles théories qui tenteraient d’unifier les différentes forces. La Théorie de la Grande Unification permettrait d’unifier les forces électromagnétiques, fortes et faibles et la théorie des supercordes voudrait unifier la mécanique quantique et relativité générale. Les
futurs données que fournira le LHC permettront peut être de valider certaines hypothèses encore non vérifiées jusqu’ici.



Une des grandes questions de ce début de XXIième siècle est : Pourquoi les particules possèdent une masse précise ? Une réponse fut formulée par Peter Higgs dans les années soixante pour que le modèle standard reste cohérent : il doit exister un nouveau Boson (dit de Higgs) avec lequel toutes les particules interagissent plus ou moins. Plus cette interaction est forte, plus la masse de la particule est importante. Personne n’a encore réussi à démontrer l’existence réelle de cette particule et c’est un des principaux objectifs du CERN en construisant le LHC. La physique des particules n’a pas pour seul but d’élaborer des théories physiques, elle intervient de plus en plus dans notre quotidien, particulièrement dans le domaine médical, que ce soit en imagerie ou en thérapie contre le cancer. Le CERN développe également ces axes de recherche, plus particulièrement pour les thérapies nucléaires contre les tumeurs profondes.

Les grandes questions que le LHC pourrait résoudre sont les suivantes :

  • Quelle est l’origine de la masse, est-ce que le boson de Higgs existe?
  • Pourquoi les différentes particules élémentaires ont-elles des masses différentes?
  • Est-ce que les neutrinos possèdent une masse?
  • Nous savons qu’une énorme partie de l’énergie (masse) contenue dans l’univers n’est pas constituée de la matière telle que nous la connaissons. Quelle est donc cette nouvelle forme de matière appelée la matière noire ?
  • Est-ce que la supersymétrie existe?
  • Est-ce que l’antimatière est une réflexion parfaite de la matière?
  • Existe-t-il d’autres dimensions, comme le prédisent de nombreux modèles inspirés de la théorie des cordes et si oui, peut-on les « voir »?

L’accélérateur

Le but d’un accélérateur est le même que celui d’un microscope. Son objectif est de sonder la matière, mais sous l’échelle du femtomètre (10-15 m). Il est donc impossible de « voir » directement ces particules élémentaires car pour les voir il faut de la lumière visible et celle ci possède des longueurs d’onde de l’ordre du micron supérieur à la taille des objets à observer. L’idée d’un accélérateur est de faire acquérir à des particules de matière, des électrons par exemple,  une très grande énergie en les accélérant à des vitesses proches de celle de la lumière (300 000 km/s) pour venir ensuite les précipiter entre elles ou sur une cible, c’est ce qu’on appelle une collision. Les chercheurs peuvent effectuer des collisions contre des cibles ou entre des particules pour dégager la plus grande énergie possible. Lors de ces collisions, des températures de 10 000 milliards de degrés peuvent être atteintes (dans un volume extrêmement petit).



Les chocsde particules entraînent deux phénomènes : la désintégration des particules en les transformant en énergie pure (E = m.c²)  et la « création » de nouvelles particules. Les physiciens utilisent alors des détecteurs de particules  gigantesques permettant de retracer leurs différentes trajectoires. L’étude de ces trajectoires permet le calcul de leur quantité de mouvement, leur masse, leur charge et autres propriétés atomiques. Le problème est que certaines particules interagissent très peu avec la matière et leur détection est très difficile. Pour cela, il faut développer des puissances de plus en plus importantes : Plus la particule est difficile à détecter, plus l’instrument (l’accélérateur) doit être puissant et grand. C’est pourquoi le CERN, avec son futur accélérateur, le LHC, a choisi d’accélérer non plus des électrons comme auparavant avec le LEP (Large Electron positron Collider) mais des protons, 1800 fois plus massiques. L’énergie produite par les collisions sera donc d’autant plus grande et la détection de nouvelles particules ou de nouveaux mécanismes atomiques sera alors possible.

L’accélérateur possède différents types d’aimants supraconducteurs. Des aimants dipolaires permettant de diriger les particules en courbant leur trajectoire et des aimants quadripolaires permettant de focaliser les faisceaux pour pouvoir engendrer le plus de chocs possibles lors des collisions.

Les particules suivent alors toute une chaîne d’accélération progressive pour passer finalement dans le LHC pour atteindre leur vitesse maximale, soit une énergie de 7TeV par particule correspondant à une vitesse égale à 0,999999991 fois celle de la lumière. Une fois cette énergie acquise, les physiciens les font s’entrechoquer à l’intérieur d’un des 4 détecteurs (ATLAS, ALICE, CMS, LHC-b) pour pouvoir analyser ces chocs. On peut également souligner que les neutrinos issus des collisions sont récupérés pour être envoyés sous terre à Gran Sasso en Italie, soit à 730km du CERN pour l’expérience CNGS sur les neutrinos.

4 réponses à “Le CERN

  1. alors a propos de CNGS :
    C’est Gran Sasso et pas San Grasso ( d’ou le GS)
     

  2. It is possible that this Universe in 35 days
    does not exist anymore. And these are not esoterists these are
    scientists who think so.
    Safety of this project should be reviewed or our Universe may be gone. Sucked up into a black hole actually.
    CERN LHC will be in production mode on the 21. of May 2008
     
    Visit http://www.notepad.ch for more info

  3. This is a quote from http://www.notepad.ch
    What it is like to work here

    The following quote is from a blog at Cernwatch.com, apparently from an insider at CERN LHC:
    ‘I am writing this blog becuase I am seeing some strange things that
    I have not seen before. I notice higher levels of security, and more US
    military presence. I hear strange rumors and weird Jokes. I think that
    there is more going on that what is being let out. i will report to you
    everything I hear and see.’

    Link to the complete blog message: http://www.cernwatch.com/2008/04/hello.html

    This is a quote from http://www.notepad.ch

  4. Ping : LA Science : progrès ou déclin ? | La Science Pour Tous

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