Detlef Kuchler, un physicien du Cern, tient un morceau de la source de plomb utilisée pour créer des ions lourds pour le LHC. © Maximilien Brice - Cern

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LHC : les protons laissent la place aux ions de plomb

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C'est fait ! Le 4 novembre 2010 à 8 h 00 au Cern, les faisceaux de protons ont momentanément cessé de circuler dans le LHC. Ils laissent la place aux faisceaux d'ions de plomb dont les collisions vont permettre d'étudier l'état de la matière quelques millionièmes de seconde après le Big Bang, lorsque la température dépassait les  mille milliards de degrés.

Les physiciens du Cern sont satisfaits. Comme indiqué sur leur site, l'un de leurs buts principaux cette année était de parvenir à une luminosité (une mesure du taux de collisions) de 1032 /cm2/s. Objectif atteint le 13 octobre 2010, avec deux semaines d'avance par rapport au calendrier. Une avancée encourageante, surtout si l'on se rappelle qu'après la journée historique du mercredi 10 septembre 2008, un accident au niveau des connexions entre les aimants du plus puissant accélérateur du monde avait conduit les chercheurs à adopter un pas beaucoup plus prudent et plus lent pour faire monter en puissance le LHC.

Devant ce résultat positif, les physiciens peuvent maintenant préparer le LHC à la prochaine étape : des collisions d'ions lourds. L'objectif n'est pas ici de découvrir le boson de Higgs, les particules de matière noire ou de démontrer que l'univers possède bien des dimensions spatiales supplémentaires. Il s'agit de reconstituer l'état de la matière hadronique quelques millionièmes de seconde après l'hypothétique temps zéro du modèle du Big Bang, principalement lors des collisions dans le détecteur Alice.

Une reconstitution de la matière hadronique du Big Bang

Selon la théorie de la QCD (la chromodynamique quantique) et les expériences conduites au Cern auparavant (et actuellement au RHIC de Brookhaven), la densité extrême et les températures au moins 100.000 fois supérieures à celles régnant au cœur du Soleil, devaient permettre aux « gouttelettes » de liquide hadronique que sont protons et neutrons de se vaporiser à cette époque de l'histoire de l'univers observable. Les quarks confinés ordinairement dans les hadrons pouvaient alors se déplacer librement, baignant dans un gaz de gluons (les photons des forces nucléaires fortes), et formant avec eux le mythique plasma de quark-gluon.

Simulation d'une collision d'ions de plomb dans le détecteur Alice. Remarquez le nombre important de trajectoires de particules produites. © Cern

Cette transition de phase est un bon moyen d'étudier comment (et pourquoi) les protons et les neutrons peuvent peser environ 100 fois plus lourd que les quarks les constituant. En outre, il se pourrait qu'elle soit en partie responsable des champs magnétiques cosmologiques qui semblent bel et bien exister, selon une observation récente du satellite Fermi.

Les collisions d'ions lourds produits dans Alice devraient durer jusqu'au 6 décembre 2010. Le LHC sera ensuite en arrêt technique pour maintenance. Les collisions de protons reprendront en février et l'expérimentation pour la physique se poursuivra tout au long de l'année 2011. Comme pour les faisceaux de protons, on peut suivre en direct les faisceaux d'ions au LHC.

Une grille mondiale de calcul

La multiplicité des collisions avec les ions de plomb dans Alice sera importante,  beaucoup de données seront ainsi enregistrées, concernant un grand nombre de particules. La Grille mondiale de calcul pour le LHC (WLCG) sera bien mise à contribution. Cette grille concentre la puissance informatique de plus de 140 centres de calcul indépendants, répartis dans 34 pays. Elle permet de répondre au million d'analyses demandées quotidiennement par des centaines de physiciens et d'expédier les données à haut débit. On a déjà observé des pics de l'ordre de 10 gigaoctets par seconde, équivalant au transfert de 2 DVD complets par seconde.