Le retour du LHC au Cern, une vue d'artiste des collisions. © Peter Jurik, Adobe Stock
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En direct, le LHC relancé aujourd'hui pour chasser la nouvelle physique du Big Bang

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[EN VIDÉO] LHC : comment fonctionne le plus grand accélérateur de particules ?  À cheval entre la France et la Suisse, le Grand collisionneur de hadrons permet actuellement de faire des collisions de protons à une énergie de 13 TeV (téraélectronvolts). Découvrez le fonctionnement de cet impressionnant outil en vidéo grâce au Cern. 

L'événement est historique et les membres de la Noosphère partout sur Terre peuvent le suivre grâce à Internet. Le Grand collisionneur de hadrons, le LHC, va battre son record d'énergie dans des collisions de protons en direct au Cern ce mardi 5 juillet 2022, ouvrant une nouvelle période d'exploration d'un territoire où se cachent peut-être les secrets d'une nouvelle physique dont les arcanes sont derrière le Big Bang. On vous explique tout.

La semaine qui a débuté le 4 juillet 2022 est décidément faste pour la physique des particules. Après avoir fêté l’anniversaire de la découverte du boson de Brout-Englert-Higgs au Cern il y a 10 ans (une clé de voûte de la cathédrale du Modèle standard de la physique des hautes énergies donnant des masses aux particules élémentaires connues, dont celles qui interviennent dans les réactions thermonucléaires faisant briller le Soleil), couronnant les travaux il y a plus de 50 ans d'une poignée de prix Nobel de physique dont certains sont aujourd'hui décédés, comme Steven Weinberg et Murray Gell-Mann, et d'autres bien vivants, comme François Englert, voilà que l'on pourra suivre à partir de 16 h, en direct sur YouTube ce mardi 5 juillet 2022, le redémarrage des collisions de protons au LHC pour chasser de la nouvelle physique.

Le direct en français du Cern pour le début du Run 3 du LHC. © Cern

L'événement est d'importance car jamais dans l'histoire de la noosphère l'Humanité n'aura produit de collisions de protons à de si hautes énergies, à savoir 13,6 TeV, et avec une luminosité aussi élevée pour des faisceaux de protons.

Reproduire le Big Bang en laboratoire

Il s'agit toujours de repousser plus loin dans le passé notre connaissance de la physique du Big Bang, par exemple en explorant la physique du quagma, et plus profondément notre compréhension de la nature fondamentale des champs quantiques de particules qui sont responsables de la structure de la matière et des forces, par exemple en découvrant des particules supersymétriques ou des bosons Z’  (Z prime, à ne pas confondre avec les bosons Z déjà détectés au Cern).

Rappelons rapidement que 13,6 TeV, cela correspond à une énergie disponible de 13.600 GeV pour la création de nouvelles particules, énergie qui pourrait donner autant de nouveaux protons pour chaque collision entre deux protons puisque dans cette unité d'énergie et en raison de la relation d'Einstein sur l'équivalence masse énergie, un proton a une masse d'environ 1 GeV. Bien d'autres particules moins massives, donc plus nombreuses, sont en fait générées à chaque collision et on espère maintenant qu'en atteignant le nouveau seuil de 13,6 TeV, des particules de matière noire qui seraient presque aussi massives seront enfin créées, voire peut-être, mais c'est devenu nettement moins probable, des minitrous noirs quantiques et autres effets de l'écume de l’espace-temps.

Rappelons aussi que s'il faut atteindre une énergie suffisamment élevée pour produire une particule nouvelle d'une masse donnée, il est aussi question de la probabilité de production de cette particule lors d'une collision entre deux protons. Plus cette probabilité est faible, plus il faut un grand nombre de collisions pour espérer produire et finalement observer ne serait-ce qu'une seule particule encore inconnue. Or, avec un faible taux de collisions par seconde, c'est-à-dire une faible luminosité par analogie avec la quantité de lumière entrant par seconde dans un appareil photo, cela pourrait prendre toute la vie d'un Homme.

Clairement, une haute luminosité peut s'avérer indispensable.

Le teaser du Run 3 du LHC. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Cern

Dépasser les limites du Modèle standard

Une nouvelle période d'acquisition de données, le Run 3 comme on dit au Cern, va donc débuter ce mardi 5 juillet au LHC après plus de trois ans de travaux d'amélioration et de maintenance de ses accélérateurs et de ses détecteurs géants comme Atlas et CMS, dont les équipes de physiciens s'attendent à enregistrer plus de collisions pendant la troisième période d'exploitation du LHC que lors des deux périodes précédentes réunies. L'expérience LHCb qui est sur la piste d'une nouvelle physique expliquant l’énigme de l’antimatière manquante en cosmologie a aussi été entièrement remise à niveau et prévoit de multiplier par dix son débit d'acquisition de données, tandis qu'Alice a pour objectif de multiplier par cinquante le nombre de collisions d'ions lourds enregistrées pour comprendre les mystères du plasma de quarks-gluons du Big Bang.

Le LHC fonctionnera en continu pendant près de quatre ans et avec lui : « Nous mesurerons l'intensité des interactions du boson de Higgs avec les particules de matière et les particules porteuses de force avec une précision inédite, et nous poursuivrons notre recherche de désintégrations des bosons de Higgs en particules de matière noire ainsi que les recherches de bosons de Higgs supplémentaires, explique dans un communiqué du Cern le physicien Andreas Hoecker, porte-parole de la collaboration Atlas, qui ajoute, on ne sait pas si le mécanisme de Higgs présent dans la nature est le scénario minimal ne comportant qu'une seule particule de Higgs. »

Terminons par quelques réflexions philosophiques pour prendre la mesure de ce qui se passe au Cern dans les pas de Heisenberg.

Une quête philosophique

« Je suis né dans un environnement, je ne sais pas d'où je suis venu ni où je vais ni qui je suis. C'est ma situation comme la vôtre, à chacun d'entre vous. Le fait que chaque Homme ait toujours été dans cette même situation et s'y trouvera toujours ne m'apprend rien. Tout ce que nous pouvons observer nous-mêmes à propos de la brûlante question relative à notre origine et notre destination, c'est l'environnement présent.

C'est pourquoi nous sommes avides de trouver à son sujet tout ce que nous pouvons. Voilà en quoi consiste la science, le savoir, la connaissance, voilà quelle est la véritable source de tout effort spirituel de l'Homme. Nous essayons de découvrir tout ce que nous pouvons au sujet du contexte spatial et temporel dans lequel notre naissance nous a situés. Et dans cet effort, nous trouvons de la joie, nous le trouvons extrêmement intéressant (ne serait-ce pas là le but pour lequel nous sommes ici ?). »

L’un des pères de la mécanique quantique, le prix Nobel de physique Erwin Schrödinger. Sa mécanique des ondes de matière gouvernées par l’équation portant son nom a permis de comprendre les propriétés des atomes et des molécules. Il a découvert avec Einstein, en 1935, le phénomène d’intrication quantique impliqué par son équation. Erwin Schrödinger était aussi un passionné de philosophie, en particulier celle du vedanta. © Cern

Telle était la thèse soutenue par Erwin Schrödinger en 1950 dans une des quatre conférences publiques intitulées « La science comme élément constitutif de l'Humanisme ». L'un des fondateurs de la mécanique quantique, ayant travaillé aussi bien à l'élucidation de la nature de la vie qu'à l'apparition de la matière dans un modèle de cosmologie relativiste, il ajoutait même : « La connaissance isolée qu'a obtenue un groupe de spécialistes dans un champ étroit n'a en elle-même aucune valeur d'aucune sorte ; elle n'a de valeur que dans la synthèse qui la réunit à tout le reste de la connaissance et seulement dans la mesure où elle contribue réellement, dans cette synthèse, à répondre à la question : Qui sommes-nous ?  ».

Une présentation du Cern. © Cern

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