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Le prix Nobel de physique Simon van der Meer est décédé

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Le prix Nobel de physique Simon van der Meer vient de nous quitter. Son invention de la technique du refroidissement stochastique a été d'une importance cruciale pour produire les faisceaux d'antiprotons nécessaires à la découverte des bosons intermédiaires de la théorie électrofaible.

Simon van der Meer (1925-2011) dans la salle de contrôle du AA. © Cern Geneva

Simon van der Meer est né en 1925 à La Hague en Hollande. Entré à l'Université de Delft en 1945 pour faire des études d'ingénieur, il en était sorti pour s'occuper de l'électronique des microscopes à électrons dans les laboratoires de recherche de la société Philips. Il rejoindra cependant le Cern en 1956 où il effectuera les recherches qui le mèneront au prix Nobel de physique en 1984 avec Carlo Rubbia.

Sa contribution la plus importante est sans aucun doute la découverte de la technique du refroidissement stochastique.

Pendant les années 1970, les expériences sur les faisceaux de neutrinos et les travaux de théoriciens comme Gerard 't Hooft, son compatriote professeur à l'institut de physique théorique de l'université d'Utrecht depuis 1977, tendent à prouver que le modèle unifié des forces nucléaires faible et électromagnétique de Glashow-Salam-Weinberg est correct. Mais pour en être sûr, il fallait créer puis détecter les fameux bosons intermédiaires W et Z prédits par cette théorie. Pour cela, la seule possibilité connue à l'époque est d'utiliser des collisionneurs d'hadrons pour faire entrer en collision des faisceaux de protons et d'antiprotons.


En 1982, au CERN, une équipe de physiciens dirigée par le physicien italien Carlo Rubbia réalise une des plus extraordinaires expériences de la physique contemporaine. L'objectif est de prouver l'existence de 2 nouvelles particules subatomiques, les bosons W et Z0 et de confirmer ainsi la théorie électrofaible proposée dans les années 1960 par Salam, Glashow et Weinberg. Voici quelques-unes des clés pour comprendre ce qu'ils ont fait. © Cern

Une invention cruciale pour la physique des particules élémentaires

La technique posait cependant plusieurs problèmes, dont celui d'obtenir des faisceaux intenses d'antiprotons. Il faut pour cela créer des antiprotons et les accumuler dans un anneau. L'autre problème était d'obtenir des faisceaux suffisamment lumineux pour que le nombre de collisions par seconde soit suffisamment important pour que la création de ces bosons intermédiaires (très improbable lors d'une collision entre un proton et un antiproton) soit élevée. Les antiprotons sont initialement produits par des collisions sur une cible fixe. La dispersion des valeurs de leurs vitesses étant importante, un peu comme dans le cas d'un gaz chaud, il fallait donc trouver un moyen de « refroidir » ces antiprotons pour former des paquets denses augmentant ainsi la probabilité des collisions avec les protons d'un autre paquet.

La technique de refroidissement stochastique de Simon van der Meer, mise en œuvre avec l'accumulateur d'antiprotons, l'Antiproton Accumulator (AA), s'est donc révélée cruciale pour pouvoir fournir les faisceaux de hadrons qui vont entrer en collisions dans les détecteur UA1 et UA2 inspirés de la chambre multifils d'un autre prix Nobel de physique qui nous a quittés récemment, Georges Charpak. Ces détecteurs verront effectivement les bosons W et Z, validant ce qui est aujourd'hui connu comme le modèle standard des particules élémentaires.

L'Antiproton Accumulator (AA) en construction en 1980. © Cern

Simon van der Meer vient malheureusement de décéder. Rolf Heuer et Steve Myers, respectivement directeur général et directeur des accélérateurs et de la technologie du Cern lui rendent hommage en ces termes :

« Simon van der Meer était, dans tous les sens du terme, un géant de la physique des particules moderne. Sa contribution à la science des accélérateurs reste capitale pour le fonctionnement des accélérateurs d'aujourd'hui tels que le LHC. »

« C'était un homme extrêmement inventif. Confronté à un problème, il se plongeait dans une réflexion profonde, dont il ne sortait pas tant qu'il n'avait pas trouvé de solution. Steve Myers se souvient qu'il était très exigeant, et aussi extrêmement taciturne. Simon van der Meer n'aurait pas utilisé deux mots quand un seul suffisait. Mais ce mot-là était toujours le mot juste.

Simon van der Meer est surtout connu pour sa contribution au projet SPS, pour lequel il a reçu le prix Nobel conjointement avec Carlo Rubbia, en 1984. Le refroidissement stochastique, l'innovation qui a rendu possible l'existence du SPS, est un exemple typique de l'inventivité de Simon van der Meer : une idée toute simple à première vue, mais pour quiconque comprend le fonctionnement des accélérateurs, c'était véritablement un trait de génie. »

« Cette invention est sans doute la plus grande contribution de Simon van der Meer à la physique moderne, et c'est à juste titre qu'elle a été couronnée par un prix Nobel. Et pourtant, au départ, il a fallu du temps à Simon pour se convaincre que son idée avait une telle importance. À notre connaissance, Simon van der Meer a mentionné pour la première fois la possibilité du refroidissement stochastique lors d'une réunion des chefs de groupe des ISR, en 1968. Wolfgang Schnell, chef du groupe chargé des RF et de l'instrumentation des faisceaux, a eu beaucoup de mal à convaincre Simon d'écrire sa proposition, mais il a fini par écrire quelque chose. C'était la première étape d'un voyage qui devait l'amener à Stockholm. »

Un héritage multiple

« Simon est venu au Cern en tant que spécialiste des convertisseurs de puissance, et c'est lui qui a été chargé de la construction des convertisseurs utilisés pour le premier collisionneur de hadrons du monde, les ISR, et ensuite pour le SPS.

Il a également mis au point un dispositif appelé corne magnétique, utilisé aujourd'hui par des laboratoires de trois continents différents pour diriger des faisceaux focalisés de particules neutres - les neutrinos - en leur faisant traverser l'écorce terrestre sur des centaines de kilomètres pour atteindre des détecteurs de particules souterrains.

Il nous a également laissé en héritage la technique qu'il a inventée pour mesurer les faisceaux, et qui porte son nom. Sans la méthode van der Meer, la précision de l'étalonnage de la luminosité dans le LHC serait bien moindre.

De nos jours, les contributions de Simon van der Meer continuent à jouer un rôle important dans les projets du Cern, qu'il s'agisse du LHC ou du projet CNGS (Neutrinos du Cern vers le Gran Sasso), ou du décélérateur d'antiprotons - dont les résultats en 2010 ont été considérés comme l'avancée de l'année par la revue Physics World. Simon était un savant et un inventeur brillant, très respecté au Cern et dans le monde entier. »

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