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Atlas, le détecteur géant de particules, bientôt assemblé dans le LHC

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Les derniers éléments du détecteur Atlas (A Toroidal LHC Apparatus) sont maintenant en place et le LHC devrait voir ses premiers faisceaux cette année. Ce détecteur, que certains considèrent comme la machine la plus complexe de toute l'histoire de l'humanité, ne devrait donc pas tarder à partir à la recherche du boson de Higgs et des particules supersymétriques.

Schéma des installations du Cern, près de Genève. © Cern

C'est à la fin du mois de février que la descente du dernier élément du détecteur Atlas a été effectuée. Rappelons quelques unes des caractéristiques d'Atlas. Avec ses 46 mètres de longueur, ses 25 mètres de hauteur et ses 25 mètres de largeur, il est le plus grand détecteur de particules du monde. D'un poids de 7.000 tonnes, Atlas est constitué de cent millions de capteurs, logés notamment dans le calorimètre hadronique. Ils mesureront les particules produites lors des collisions proton-proton à des énergies qui pourront être aussi élevées que 14 TeV.

Une autre des caractéristiques spectaculaires d'Atlas est que, tout comme une grande partie du LHC, le Large Hadron Collider, une large part de celui-ci emploie des éléments supraconducteurs qui nécessitent d'être refroidis au-dessous de la température du rayonnement fossile (CMBCosmic Microwave Background). Ainsi, la totalité des aimants et du calorimètre d'Atlas se retrouvent-ils aujourd'hui sous les 2 K alors que la température naturelle la plus basse de l'Univers, celle du CMB, est de 2,73 K environ.

Figure 1. Le détecteur Atlas. Notez la taille des personnages en bas à gauche. Cliquez pour agrandir. Crédit : Scottish Universities Physics Alliance

Trois terrains de foot dans un spectromètre

Le dernier élément à avoir été descendu dans le puits de 100 mètres de profondeur menant à la caverne dans laquelle est située Atlas est l'une des deux « petites roues ». Les guillemets sont indispensables car ces deux éléments de 9,3 mètres de diamètre pèsent chacun 100 tonnes (voir la photographie de la figure 2). Ils feront partie du spectromètre à muons, dont la fonction sera de mesurer les positions des trajectoires des muons produits lors des collisions, avec une précision de l'ordre de l'épaisseur d'un cheveu, ainsi que la quantité de mouvement portée par chaque muon.

Les caractéristiques propres du spectromètre suffisent déjà à se faire une idée de ce que représentent la construction et l'utilisation d'un tel dispositif. Il comporte en effet 1,2 million de voies électroniques indépendantes, offrant une surface de détection équivalente à trois terrains de football. De plus, ce seul spectromètre implique le travail de 450 physiciens de 48 instituts répartis dans plusieurs pays, Allemagne, France, Grèce, Israël, Italie, Russie, États-Unis, Japon, Chine et Pays-Bas.

Figure 2. Installation de la petite roue à muons d'Atlas. Cliquez pour agrandir. Crédit : Claudia Marcelloni

Avec Atlas, l'humanité se prépare à sonder les plus grands secrets de l'Univers. Il ne s'agira pas seulement de tenter de résoudre de grands mystères, comme ceux de l'origine de la matière noire et de l'énergie noire, mais aussi d'expliquer, peut-être, l'origine de toutes les masses des particules de matière du modèle standard en découvrant le mythique boson de Higgs.

L'événement le plus spectaculaire et le plus enrichissant sur les terrains conceptuels, philosophiques et même technologiques, serait sans aucun doute la mise en évidence de la production de minis trous noirs s'évaporant par rayonnement Hawking et, plus incroyable encore, de minis trous de vers.

Ces avancées démontreraient que notre Univers possède plus de trois dimensions spatiales et que la physique même de la naissance de l'espace et du temps pourrait être expérimentalement étudiée en laboratoire.