Sciences

Le cinquantenaire du CERN sous les feux de la rampe : vers le boson de Higgs

ActualitéClassé sous :physique , cern , lhc

Le Cern (Conseil européen pour la recherche nucléaire) fête aujourd'hui le cinquantenaire de sa fondation. Plus grand centre de physique des particules au monde, avec un effectif de 2 600 personnes travaillant sur le site transfrontalier entre la France et la Suisse, près de Genève, il met en place actuellement un nouvel instrument majeur, le LHC. Il devrait permettre de découvrir le boson de Higgs, pierre angulaire de la théorie du "modèle standard" de la physique des particules. Moment fort de ce cinquantenaire : une spectaculaire illumination de l'anneau du Grand collisionneur de hadrons (LHC), mesurant 27 kilomètres de long à 20 heures ce soir.

Retour sur quelques étapes majeures de son histoire avec en fin d'article un lien vers un dossier du Cern.

La première machine, le SC

Alors que les contours du CERN se dessinent, au début des années 50, deux projets d'accélérateurs sont lancés : un accélérateur novateur d'une puissance inégalée, et, en attendant sa mise en service, une machine plus classique, un Synchrocyclotron de 600 MeV, le SC. La conception du SC démarre en 1952 sous la houlette d'équipes éparpillées dans toute l'Europe. La fabrication démarre en 1954 et le CERN connaît ses premiers transports épiques, comme ceux des deux bobines de l'aimant, pesant 60 tonnes et mesurant 7,2 mètres de diamètre chacune.

Une nouvelle catégorie de détecteurs

Dans les années 60, la détection en physique des particules consistait essentiellement à examiner des millions de photographies de chambres à bulles ou à étincelles. C'était un travail lent, qui nécessitait beaucoup de monde et qui ne convenait pas pour l'étude des phénomènes rares, de sorte qu'il se constituait des goulets d'étranglement qui auraient pu porter préjudice aux progrès de la physique des hautes énergies.
La révolution du transistor favorisa l'éclosion d'idées nouvelles. Alors qu'une caméra pouvait détecter une étincelle, un fil de détection relié à un amplificateur était capable de déceler un effet bien plus ténu. En 1968, Georges Charpak créa la « chambre proportionnelle multifils », un boîtier rempli de gaz comportant un grand nombre de fils de détection parallèles connectés chacun à un amplificateur. Ce dispositif, relié à un ordinateur, permettait d'obtenir un taux de comptage mille fois supérieur à ceux des techniques existantes, sans nécessiter de caméra.

De nos jours, la quasi-totalité des expériences de physique des particules utilisent des types de détecteurs de traces fondés sur le principe de la chambre proportionnelle multifils. Cette technologie est employée également dans de nombreux autres domaines qui ont recours aux rayonnements ionisants, comme la biologie, la radiologie ou la médecine nucléaire.

Un nouvel état de la matière

Il y a 14 milliards d'années, moins de 10 microsecondes après le Big Bang, l'Univers était trop chaud et trop dense pour que les particules qui composent les noyaux atomiques, à savoir les protons et les neutrons, puissent se former. Leurs constituants, les quarks et les gluons, se déplaçaient donc librement dans une « soupe de particules » appelée le plasma de quarks et de gluons (QGP). C'est ce postulat que les physiciens essayèrent de vérifier au CERN dès 1986.

Pour ce faire, il fallait donc « déconfiner », en laboratoire, les quarks et les gluons des protons et des neutrons. Ceci était concevable en accélérant un faisceau d'ions (atomes auxquels on a enlevé les électrons) et en l'envoyant sur une cible fixe. Lors du démarrage du programme d'ions lourds du CERN, on utilisa des noyaux relativement légers d'oxygène et de soufre.

Après avoir affiné les techniques expérimentales, le CERN fut en mesure, en 1994, d'utiliser des ions véritablement lourds (ions de plomb). Dans le cadre du programme cible fixe pour les ions du super synchrotron à protons (SPS), on conçut plusieurs expériences pour déceler les signaux que la théorie prédisait en cas de formation du plasma. En 2000, le CERN annonça la découverte d'un nouvel état de la matière. Cependant, ces mesures ne permettaient pas de savoir si ce « nouvel état » était vraiment le QGP ou uniquement un état précurseur. Deux voies différentes s'offraient alors pour faire progresser l'étude du QGP. Le CERN, avec l'expérience NA60, choisit de refaire certaines mesures avec plus de précision, grâce à des développements technologiques faits en vue du LHC. Le Laboratoire de Brookhaven, aux Etats-Unis, choisit, quant à lui, d'augmenter l'énergie des collisions en remplaçant le mode cible fixe par le mode collisionneur (collisions entre deux faisceaux), en construisant le collisionneur d'ions lourds relativistes (RHIC).

L'étape suivante, avec des énergies encore plus élevées, aura lieu dans les expériences du LHC et plus particulièrement au sein d'ALICE.

Cela vous intéressera aussi