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Le LHC chasse à nouveau les particules de matière noire

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Il y a deux semaines, le LHC battait un record avec les premières collisions de faisceaux de protons à 13 TeV. Bien maitrisés, ces faisceaux sont désormais utilisés depuis ce matin pour repousser les frontières de la connaissance humaine. Les collisions étudiées avec les détecteurs Alice, LHCb, Atlas et CMS pourraient montrer de quoi est faite la matière noire et nous apprendre que les forces sont unifiées au moyen d'un espace-temps possédant des dimensions spatiales supplémentaires ou une géométrie non commutative.

Les premières images de collisions à 13 TeV dans le détecteur Alice. Les traces courbes montrent les particules chargées dont la trajectoire est infléchie par le champ magnétique de l'expérience. © Cern

Ceux qui étaient connectés sur le blog du Cern ce mercredi matin 3 juin 2015 ont pu vivre en direct le début d'une nouvelle grande aventure, la prise de données concernant les produits des collisions de protons à 13 TeV dans les quatre détecteurs géants du LHC. Le but de ces expériences ? Rien de moins que de percer les secrets les plus fondamentaux de la matière, des forces qui l'organisent et de la cosmologie.

Petit retour sur la chronologie de cet événement médiatisé sur la toile mondiale, laquelle, rappelons-le, est née au Cern pour les besoins des chercheurs en physique des hautes énergies. Voici quelques-uns des commentaires sur le blog du Cern qui ont scandé la montée en énergie des faisceaux de protons jusqu'à obtenir des collisions et des faisceaux stables, condition essentielle pour partir à la recherche d'une nouvelle physique et mieux comprendre celle du mécanisme de Brout-Englert-Higgs. Ce dernier donne des masses aux particules fondamentales du modèle standard, comme les bosons W, Z, et très probablement aussi aux fermions, comme les quarks, les électrons et les neutrinos (rappelons que la masse des protons et des neutrons, donc l'essentiel de celle de la matière ordinaire, ne provient pas de ce mécanisme).

LHCb, Atlas, Alice, CMS : toutes les équipes utilisant ces 4 détecteurs géants étaient sur le pont lors de la reprise de la collecte des données avec des collisions de protons à 13 TeV. L'actuel directeur général du Cern, Rolf Heuer, exprime son émotion et remercie les équipes impliquées dans cette formidable réussite. Fabiola Gianotti, qui lui succédera, souligne l'importance de cette course aux hautes énergies pour la physique des particules. © Cern, YouTube

Les temps forts du redémarrage de la physique au LHC

  • 10 h 36 : Les faisceaux entrent en collision à 13 TeV dans les détecteurs d'Atlas et de CMS.
  • 10 h 38 : Faisceaux stables attendus dans quelques minutes.
  • 10 h 39 : Collisions aux points 8 et 2 (expériences Alice et LHCb).
  • 10 h 40 : Faisceaux stables !
  • 10 h 49 : Le directeur général du Cern, Rolf Heuer, déclare : « Félicitations à tous ! Ce résultat fantastique est l'aboutissement de deux années de travail d'équipe. Je suis ému. J'espère que vous l'êtes aussi. Un immense merci à tous et toutes. Maintenant, place à la nouvelle physique ! »« C'est le début d'une nouvelle aventure ! Les faisceaux sont de retour ! C'est fantastique ! » déclarera peu de temps après le directeur des accélérateurs et de la technologie, Frédérick Bordry.
Première image de collision dans l'expérience CMS. Les cylindres bleus montrent l'énergie des particules dans les calorimètres du détecteur et les lignes jaunes les traces des particules dans le trajectographe. © Cern
  • 12 h 16 : Champagne dans le Centre de contrôle du Cern ! L'équipe d'opérateurs fête une grande étape : des faisceaux stables dans le LHC et le début de l'acquisition de données à 13 téraélectron-volts.
  • 12 h 39 : Blog en direct le 3 juin 2015 : C'est tout pour aujourd'hui. Regardez toutes les photos de la matinée et continuez à suivre les actualités du Cern alors que l'exploration de nouveaux territoires de la science commence. Rendez-vous sur le site du Cern.

Plusieurs des hauts responsables de ces équipes ont ensuite rendu justice au travail accompli par toutes les équipes d'ingénieurs, de techniciens et de physiciens qui n'ont pas ménagé leur peine pour préparer durant deux ans ce nouveau voyage du LHC en direction de territoires encore inconnus de la physique actuelle. Des témoignages à retrouver dans un communiqué du Cern.

Le détecteur Altas n'était pas en reste et lui aussi a mis en évidence les trajectoires des particules produites par les collisions de protons à 13 TeV. © Cern

La saison 2 au LHC, un succès collectif

Pour Tiziano Camporesi, porte-parole de CMS : « Les collisions que nous voyons aujourd'hui indiquent que les travaux que nous avons réalisés au cours des deux dernières années pour préparer et améliorer notre détecteur ont été fructueux, et elles marquent le début d'une nouvelle ère d'exploration des secrets de la nature. Il est difficile de traduire en mots l'enthousiasme de nos équipes : c'est particulièrement vrai pour les plus jeunes de nos collègues ».

Pour Dave Charlton, porte-parole d'Atlas : « Le redémarrage réussi de l'acquisition de données pour la physique, avec tous les systèmes parfaitement au point pour recueillir, traiter et analyser les nouvelles données rapidement, témoigne de l'engagement et du travail acharné d'un très grand nombre de personnes de tous les secteurs d'Atlas au cours du long arrêt. Nous commençons à présent à nous pencher sur les nouvelles données pour voir ce que nous réservent ces hautes énergies encore inexplorées ».

Pour Guy Wilkinson, porte-parole de LHCb : « Au sein de la collaboration, c'est l'effervescence, maintenant que commence la deuxième période d'exploitation. Nous allons pouvoir continuer à étudier des questions résultant de nos analyses des données de l'exploitation, et sonder avec une meilleure sensibilité la différence de comportement entre matière et antimatière ».

Pour Paolo Giubellino, porte-parole d'Alice : « Les collisions proton-proton donneront des données de référence essentielles pour l'exploitation avec des faisceaux d'ions lourds prévue pour la fin de l'année, au cours de laquelle le LHC fournira une énergie et une luminosité toutes deux supérieures à ce qu'on avait pour l'exploitation. Nous prévoyons également de poursuivre l'exploration des signaux inexpliqués qui sont apparus lors de la première période d'exploitation ».

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