Des hadrons pour l’Europe

Publié le par Lady Ada


Une fois n’est pas coutume, il y'aura peu d'analyses personnelles dans cet article.


D’abord, parce que le projet gigantesque dont je vais brièvement traiter nous dépasse tous, de part son ambition comme de part les découvertes qu’il rend désormais possibles… Ensuite, parce que mes connaissances dans le domaine de la physique n’ont pas franchi le cap de la Terminale.

 

Je vais donc vous livrer un article honteusement constitué de citations d’articles et de sites repompés afin d’expliquer le plus clairement possible en quoi consiste le LHC, à savoir le grand collisionneur de hadrons : vous l’avez compris, et peut-être vous y attendiez-vous un petit peu, je m’en vais vous parler du tout nouvel accélérateur de particules que le CERN (Centre Européen pour la Recherche Nucléaire) vient de lancer en grande pompe ce mercredi 10 septembre 2008.

 

Bien entendu, il va de soi que mon verbe rejaillira quelque peu vers la fin de l’article, où je relierai quand même, un petit peu, ce grand évènement scientifique au contexte politique sans lequel ce blog ne serait que la voix de déréliction d’un continent livré aux prédations du non-sens et de la dérision cosmique nihiliste.

 

Tout d’abord, une description de la bête (et je commence à pomper honteusement, quoique non sans de nombreux messages d’encouragement de ma section « paresse et jeudis libres ») :



La bête expliquée


En chiffres

• Un anneau de 26 659 m de circonférence enterré à une profondeur comprise entre 50 et 175 m (100 m en moyenne).
• Vitesse des protons : 99,9999991 % de la vitesse de la lumière ; chaque particule effectuera plus de 11 000 tours par seconde dans l’anneau !
• Collisions frontales de 14 TeV.
• Pression interne de 10 -13 atm (ultravide), soit dix fois moins que sur la lune.
• 9300 aimants refroidis à -271.3 °C par 60 tonnes d’hélium liquide ; le système d’aimantation contient 10 000 tonnes de fer, soit plus que pour la tour Eiffel.
• 400 lentilles magnétiques pour focaliser les faisceaux
• Les données de chaque expérience pourraient remplir 100 000 DVD chaque année.
• Durée de vie du LHC : environ 15 ans.


En lettres :
Un dispositif gigantesque pour de toutes petites particules

La conception du LHC remonte aux années 1980, mais il a fallu attendre 14 ans avant que sa construction soit approuvée par le conseil du CERN. Les travaux, démarrés en 1998, ont consisté à creuser une série de cavités pour accueillir les détecteurs, des instruments d'une précision inégalée destinés à suivre à la trace les produits de la collision frontale de deux faisceaux de protons. Inutile de construire l'anneau de 27 km où circuleront ces protons, il existe déjà. En effet, le LHC utilisera la boucle du LEP (Large Electron Positron), un accélérateur d’une génération antérieure avec lequel les scientifiques ont fait de belles découvertes. En particulier, des collisions entre électrons et positons ont permis d’y observer pour la première fois en 1983 les bosons W et Z, deux particules prévues par le modèle standard. L’énergie atteinte dans cet accélérateur d’ancienne génération était toutefois plus de 30 fois inférieure à celle des protons qui parcourront le LHC, ce qui s’avère insuffisant pour détecter le boson de Higgs.

Le détecteur de particule Atlas, de 22m de diamètre

Des boucles accélératrices de plus en plus grandes

Avant d’être injectés dans le LHC, les protons subiront une accélération progressive dans des boucles de plus en plus longues. La première, appelée booster, augmentera l’énergie des particules jusqu’à 1,4 GeV*. Les protons seront ensuite injectés dans deux synchrotrons successifs, portant leur énergie à 25, puis à 450 GeV. Ils seront alors prêts pour subir l’accélération ultime dans la dernière boucle, celle du LHC proprement dite, longue de 27 km! Leur vitesse se rapprochera alors de celle de la lumière, soit 299 800 km/sec, correspondant à une énergie de 7 TeV**. Lors de la collision frontale de deux protons, l'énergie dégagée atteindra ainsi 14 TeV, un record mondial. La prouesse ne sera pas tant de parvenir à une énergie aussi élevée (un moustique en plein vol véhicule une énergie de 1 TeV …), mais de la concentrer dans un espace aussi réduit (à un million de million de fois plus petit qu’un moustique !).
* 1 GeV= 109 eV (electron-volt)= 1,6 10-10 joule
** 1 TeV= 1000 GeV


Des aimants pour focaliser les faisceaux

 


Les deux faisceaux de protons destinés à entrer en collision circuleront en sens opposé dans des tubes distincts placés sous un vide très poussé. Ils seront guidés sur leur trajectoire circulaire par un champ magnétique puissant (jusqu’à 9 teslas), généré par des électroaimants refroidis à -271 °C de façon à atteindre à l’état supraconducteur pour lequel l’électricité circule sans aucune perte d’énergie. 1234 aimants dipolaires, longs de 15 m, courberont la trajectoire des faisceaux et 392 aimants quadripolaires,  long de 5 à 7 m, concentreront les faisceaux. Tout est fait pour augmenter la probabilité d’une collision. Et la précision est de mise. En effet, la taille des particules est très faible, comparée à la longueur de l’anneau. Imaginez, il est aussi difficile de faire entrer en collision deux protons dans le LHC que de lancer deux aiguilles éloignées de 10 km, l’une contre l’autre !

 

Des détecteurs ultra sensibles

 

Des détecteurs d’une technicité inégalée, placés dans des cavités le long de la boucle à chaque point de croisement des deux faisceaux, enregistreront les données utiles aux physiciens, c'est à dire la trajectoire des particules créées après la collision, leur nature et leur masse. Dotés de systèmes électroniques mesurant le temps de passage d’un élément à quelques milliardièmes de seconde près, ces instruments gigantesques (22 m de diamètre pour ATLAS) suivront les particules à la trace avec une précision de l’ordre du millionième de mètre. Ils enregistreront un million d’évènements par seconde.

  Source : http://www.science.gouv.fr/fr/dossiers/bdd/res/2882/lhc-le-nouvel-accelerateur-du-cern/


 

 

 

Une bête au service de la connaissance de l’univers (et, bon, là, je reprends un peu la parole en tentant de me souvenir des brefs passages que j’avais compris dans mes dernières lectures de Pour la science) :

 

En gros, la compréhension de l’univers demande de se pencher dans deux directions opposées : l’infiniment grand et l’infiniment petit.

- L’exploration de l’infiniment grand est assuré par les télescopes (qui captent la lumière visible) et les radiotélescopes (qui captent les très grandes longueurs d'onde).

- L’exploration de l’infiniment petit est assurée par les accélérateurs de particules, dans lesquels on soumet les particules élémentaires à des collisions d’une prodigieuse violence, collisions qui permettent elles-mêmes de soumettre ces particules à des conditions (température, pression) aussi proche que possible de celles de l’hypothétique Big Bang. Les particules soumises à ce genre de conditions se décomposent et prennent des formes inconnues de la physique expérimentale (mais prévues, ou pas, par la théorie)

 



















Le premier but du LHC est ainsi de donner forme à des particules « nouvelles », dont l’existence est nécessaire au fonctionnement de l’univers tel que prévu par les modèles physiques actuels, mais qui n’ont encore jamais été observées. C’est notamment le cas du fameux « boson de Higgs » sans l’existence duquel toute notre compréhension de l’univers s’effondrerait, et avec elle la théorie du Big Bang. On rejoint ainsi le but, beaucoup plus vaste en réalité, du LHC : permettre des observations qui confirment ou infirment la pérennité des théories actuellement majoritaires chez les physiciens quant à l’explication du fonctionnement de l’univers.

 

Il y’a effectivement un problème important dans la compréhension actuelle de l’univers.

Résumons la situation : toutes les observations montrant que l’univers est en extension, on en a tiré la théorie du Big Bang. Or, on constate en même temps que l’univers est en extension de plus en plus rapide au fur et à mesure que le temps passe, ce qui est incompatible avec les modèles théoriques. Il a donc fallu inclure une nouvelle donnée rendant cette observation compatible avec les théories : l’énergie sombre. Tout le problème vient du fait que nous ne savons rien de cette énergie sinon qu’elle est nécessaire à la bonne marche des modèles.

 

Un autre problème a surgi : les observations du mouvement de la galaxie Andromède ont révélé que toutes les étoiles tournaient à la même vitesse autour du centre, même les plus éloignées. Cela est impossible : la dynamique devrait normalement être largement supérieure pour les étoiles proches du centre que pour les étoiles lointaines (d’après les lois de Kepler qui s’appliquent autant dans un système solaire que dans un complexe plus grand comme une galaxie). Or, une seule explication pourrait rendre compatibles ces observations avec la théorie : l’existence d’une matière noire, représentant près de 90% de la masse totale de l’univers (les étoiles et autres objets visibles – planètes, quasars, pulsars…- n’en constituant que 3%). Cette matière noire formerait un halo gigantesque et invisible autour des galaxies qui expliquerait le mouvement apparent des étoiles. Tout comme pour l’énergie sombre, la matière noire n’a jamais été observée, et ne tient que parce qu’elle conforte la théorie (et c’est ici qu’intervient le fameux boson de Higgs dont l’existence pourrait constituer une première preuve observable de la possibilité d’une matière noire).

 

Amas du boulet (un amas est un ensemble de galaxies), Nasa

Ainsi, les motivations de la fondation du LHC sont-elles nombreuses, et ses implications potentiellement intéressantes : beaucoup de physiciens parient déjà sur le fait que le LHC ne permettra pas de découvrir le boson de Higgs, ce qui remettrait sérieusement en cause la théorie du Big Bang…


Enfin, et pour en terminer avec la théorie :

 

 

Un autre aspect important, est la mythique « grande unification » des théories physiques.

Il existe effectivement, depuis les années 1920, deux théories majeures d’explication de l’univers dont l’une concerne l’infiniment petit (la physique quantique) et l’autre l’infiniment grand (la théorie de la relativité générale).

Or, ces deux théories qui expliquent magnifiquement bien les phénomènes de l’infiniment petit pour la première et de l’infiniment grand pour la seconde ont le mauvais goût d’être parfaitement incompatibles, rendant impossible l’existence d’une grande théorie unifiée du comportement de la matière (je m’arrêterai ici, faute de plus de compréhension personnelle ;-)

 

Certains espèrent donc réussir à découvrir un élément qui permettrait d’unifier ces deux théories autours d’une théorie plus vaste, la théorie des cordes (qui prévoit, entre autres, l’existence de 11 dimensions).

 

 

La bête comme projet d’un organisme paneuropéen

 

Le LHC a été décidé et conçu par le CERN (Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire, ancien Centre européen…), qui est un organisme scientifique européen créé en 1954 et basé à Genève. Il comprend 20 Etats membres depuis 1999. « Il a pour vocation la physique fondamentale, la découverte des constituants et des lois de l’Univers. Il utilise des instruments scientifiques très complexes pour sonder les constituants ultimes de la matière : les particules fondamentales. En étudiant ce qui se passe lorsque ces particules entrent en collision, les physiciens appréhendent les lois de la Nature. »

 

(Source : http://public.web.cern.ch/public/fr/About/About-fr.html, comme ce qui vient après)

 

L’histoire du CERN remonte au sortir de la seconde guerre mondiale : « la recherche européenne en physique est quasi inexistante, alors qu'elle était au sommet de sa gloire quelques années auparavant. C'est dans ces conditions que le français Louis de Broglie, Prix Nobel de physique en 1929 lance l'idée, lors de la Conférence Européenne de la Culture à Lausanne en 1949, de créer un laboratoire scientifique européen ».

 

Et ce fut un immense succès puisque : « Le CERN emploie un peu moins de 3000 personnes à plein temps. C'est le plus grand centre de recherche en physique des hautes énergies du monde. À ce titre il accueille environ 6500 scientifiques (représentant 500 universités et plus de 80 nations, soit près de la moitié de la communauté mondiale dans ce domaine) qui effectuent leurs recherches au CERN ».

 

Le CERN, et la grande couverture médiatique –mondiale- de l’inauguration du LHC, prouvent bien qu’un groupe d’Etats comprenant les troisième, quatrième et cinquième puissances économiques du monde peut réussir de la manière la plus grande et la plus positive qui soit à influer sur le sort de notre planète.

 



pays fondateurs du CERN (en bleu) et  l'ayant rejoint (en vert)




Pourtant, le CERN prouve aussi une chose beaucoup moins vantée.

 

 

A l’image d’Airbus ou d’Arianespace, le CERN n’est en aucun cas une organisation placée sous le patronage de l’Union Européenne. Il est un organisme international, fruit de la libre coopération entre des Etats-nation soucieux de mettre en commun leurs moyens trop faibles au sein d’une entité qui pourra compter dans le monde. D’ailleurs, le fait que la Suisse en soit un membre fondateur et que sept pays de l’UE n’en fassent pas partie le prouve bien : l’UE n’est aucunement liée au CERN dont les financements sont assurés par les Etats eux-mêmes. Comme tous les grands projets européens ayant réussi à apposer leur marque dans l’évolution du monde sur le plan technologique, le CERN n’est pas le fruit d’un vague désir technocratique promouvant le consensus mou comme forme suprême du dépassement du politique, mais, tout au contraire, le fruit d’une volonté politique commune et clairement établie des Etats-nation, financée sans l’ombre d’une hésitation par les eurosceptiques anglais ou danois. Les buts du CERN sont clairement établis, ils sont quantifiables, chiffrables et ouvrent des possibilités extraordinaires : ils sont le contraire du consensus par le règne du droit et de la norme que promeut l’UE comme seule fin.

 

Il est donc à la fois enthousiasmant de voir un grand projet paneuropéen triompher et terriblement décevant de constater que cela ne peut se faire qu’en dehors du cadre étriqué, apolitique et adécisionnel d’une Union Européenne représentant bel et bien l’impossibilité et non l’avènement de l’espoir d’une Europe politiquement unifiée.

 


Lady Ada

 

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Dante 15/09/2008 09:16

Bonjour !Après un week-end bien rempli (surtout d'images: j'étais au "Visa pour l'Image" Off, festival international de photojournalisme de Perpignan, dont je ferais un compte-rendu détaillé dès que j'aurais fini de lire tout ce que l'on m'a exhorté de lire :-), il est temps de réactiver mes interventions. Qu'ai-je à dire sur le LHC, sinon que je suis assez admiratif et fasciné ? J'avoue que face à l'état du monde actuel, surtout après le week-end que j'ai passé à constater cet état à travers des images, la réalisation d'un tel projet et sa dimension technologique et humaine me redonne un peu espoir. Je n'ai donc peu de choses à ajouter à ce que le complet article de Lady Ada peu en dire si ce n'est exprimer mon point de vue sur ce projet scientifique fascinant et sa concrétisation au-delà des frontières politiques. Dante.

Lady Ada 12/09/2008 18:37

La création d'EADS était une excellente idée sur le papier, et je reste convaincu que l'idée reste bonne dans le long terme. Maintenant, les volontés divergentes des gouvernements français et allemand de l'époque ont conduit à un montage financier kafkaien, qui ne pouvait que s'effondrer, et à court terme...Maintenant que la crise est passée et que le financement du groupe est assuré par des petits actionnaires ou des grands actionnaires ayant un minimum d'intelligence stratégique, les choses devraient aller mieux.un groupe commercial ne peut pas éternellement rester un consortium, à la différence d'un labratoire de recherche fondamentale qui, lui, n'a d'autres choix pour ses financements que de s'appuyer sur les Etats (ou des mécènes qui dépensent dans l'intérêt de la science).Lady Ada

philippe DAVID 12/09/2008 14:17

"Le CERN est un organisme de coopération entre états-nations". Airbus marchait beaucoup mieux quand le consortium fonctionnait ainsi, c'est à dire avant la création d'EADS!

Lady Ada 11/09/2008 18:43

"Imaginons ce scénario improbable : une planète bleue stupidement engloutie dans un trou noir apparu à la frontière franco-suisse (où se trouve le LHC), tout ça parce que des êtres supposés "intelligents" se sont mis en tête de découvrir un boson de Higgs, également appelé "particule de Dieu"... En matière de connerie humaine, la boucle serait bouclée... "L'idée que la frontière franco-suisse puisse devenir le centre d'un trou noir ayant avalé la Terre a effectivement quelque chose de gouteux. ;-)Pour anecdote, j'ai dit que le LHC verrait la création de particules inconnues : il y'a une possibilité théorique que ces particules soumises à une gravité extraordinaire au moment de leur apparition ne provoque l'apparition de trous noirs très brefs (bien inférieur au milliardième de seconde).Des "journaux" anglais (The Sun notamment) se sont alors emparés de l'"affaire" il y'a plus d'un an, rameutant un certain nombre de "journalistes" autour de leur thèse. Ce qui n'est pas allé sans rencontrer un certain succès, puisque plusieurs scientifiques ont intenté une action contre le LHC auprès de la Cour européenne des Droits de l'homme...voici une source sur la plainte :http://info.rsr.ch/fr/news/Plainte_a_Strasbourg_contre_le_LHC_du_CERN.html?siteSect=2010&sid=9624887&cKey=1219934265000Une source sur le rejet de la plainte :http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/en-bref-la-plainte-contre-le-lhc-est-rejetee_16528/voici une vidéo du trou noir dans la mesure où, malheureusement, nous ne pourrons pas le voir de nos yeux quand il adviendra : http://fr.youtube.com/watch?v=moEzECvJDasEt enfin, une vidéo lancée par le CERN pour nous faire relativiser le risque du trou noir (ou nous faire relativiser ce que nous perdrons au cas où le trou noir adviendrait, je sais pas encore...) : http://fr.youtube.com/watch?v=f6aU-wFSqt0Lady Ada

Hyarion 11/09/2008 16:34

Lady Ada >>> "Il est donc à la fois enthousiasmant de voir un grand projet paneuropéen triompher et terriblement décevant de constater que cela ne peut se faire qu'en dehors du cadre étriqué, apolitique et adécisionnel d'une Union Européenne représentant bel et bien l'impossibilité et non l'avènement de l’espoir d'une Europe politiquement unifiée."
En somme, dans cette histoire, les Etats-Nations incarnent la matière, tandis que l'Union Européenne incarne l'anti-matière... ;-)Amusant, quand on songe à certains apôtres de je-ne-sais quel catastrophisme, qui ont prophétisés, parait-il, que les expériences menées dans le Grand Collisionneur de hadrons (LHC) allaient justement créer de l'anti-matière, voire carrément un trou noir (ni matière, ni anti-matière) susceptible d'engloutir la Terre. Imaginons ce scénario improbable : une planète bleue stupidement engloutie dans un trou noir apparu à la frontière franco-suisse (où se trouve le LHC), tout ça parce que des êtres supposés "intelligents" se sont mis en tête de découvrir un boson de Higgs, également appelé "particule de Dieu"... En matière de connerie humaine, la boucle serait bouclée... Mais heureusement, le Cern a rejeté les hypothèses des catastrophistes comme étant absurdes et a assuré que le LHC était sûr... Quel monde formidable que le nôtre, n'est-ce-pas ? ;opAmicalement, :-)Hyarion, l'anarcho-monarchiste.