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Le Tevatron, un accélérateur de particules, a détecté le séisme d'Haïti

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Les physiciens du Fermilab, près de Chicago, ont eu connaissance du séisme d'Haïti avant que la nouvelle n'apparaisse dans les média. La raison ? Les faisceaux de particules circulant dans le Tevatron sont sensibles aux ondes sismiques.

Vue aérienne du Fermilab, avec le Tevatron. Crédit : Fermilab

Des milliers de kilomètres séparent Port-au-Prince de Batavia, près de Chicago, dans l'Illinois. Pourtant, alors qu'ils étaient en train de vérifier que les faisceaux de protons et d'antiprotons restaient stables le long des presque 7 kilomètres de circonférence du Tevatron, les chercheurs du Fermilab ont su, le mardi 12 janvier 2009, qu'une catastrophe venait vraisemblablement de se produire et ce presque avant tout le monde. Celle de Haïti.

En effet, à cet instant, à part les géophysiciens spécialisés en sismologie et occupés à dépouiller les résultats fournis par les sismomètres, personne, hors de la région de Haïti, ne pouvait savoir que des ondes élastiques puissantes venaient de parcourir la lithosphère et le manteau terrestre.

Les expériences de collisions dans les détecteurs CDF et DO du Tevatron exigent des faisceaux de particules stables et bien collimatés. C'est pourquoi des séries d'aimants, notamment des quadripôles, servent à corriger en permanence les déviations qui ne peuvent manquer de survenir. Ce mardi-là, d'infimes déplacements invisibles à l'œil nu affectaient la position de ces quadripôles et les capteurs du Tevatron les ont tout de suite repérés.

Les capteurs d'inclinaisons de certains des quadripôles corrigeant les faisceaux de particules du Tevatron fonctionnent comme des sismomètres. Sur cette image, les capteurs proches des détecteurs CDF et D0 ont clairement enregistré le passage des ondes sismiques produites par le séisme de Haïti. Crédit : Symmetry magazine

Un accélérateur de particules est un bon sismomètre

Ce n'est pas la première fois qu'un accélérateur réagit à un séisme et la nature du signal enregistré a tout de suite été claire pour les chercheurs. Déjà en 2004 et 2005, à l'occasion des tsunamis d'Indonésie et de Sumatra, et malgré la distance beaucoup plus grande, le Tevatron avait été affecté par la propagation des ondes sismiques. Les séismes de 2006 et 2007 à Mexico et en Nouvelle-Zélande n'étaient pas non plus passés inaperçus.

La découverte que les capteurs installés sur une douzaine d'aimants du Tevatron pour repérer les légers mouvements du sol détectent aussi les séismes s'est faite fortuitement, le 3 novembre 2002. Le système de sécurité du Tevatron avait alors temporairement stoppé la circulation des faisceaux de particules et c'est en constatant la coïncidence de l'événement avec un tremblement de terre d'une magnitude de 7,9 en Alaska que Duane Plant fit le lien. Avec l'aide de son collègue Todd Johnson, Plant démontra que c'était bien l'arrivée des ondes sismiques du séisme qui avait suffisamment perturbé l'installation pour que les systèmes du Tevatron coupent le faisceau par sécurité.

La présence de capteurs de déplacements des aimants peut sembler étrange mais la précision requise impose cette surveillance. Dans les années 1990, les physiciens en charge de l'accélérateur de particules du LEP, au Cern, avaient découvert que les marées terrestres altéraient la forme des faisceaux de particules en changeant la distance qu'ils parcourent. Au Tevatron, près de 20 séismes importants ont ainsi été enregistrés.

Dans le cas de la catastrophe de Haïti, le seuil conduisant à l'arrêt temporaire de la circulation des faisceaux n'a pas été atteint et moins de 1% des particules des faisceaux ont été éjectées des trajectoires prévues pour le bon fonctionnement des expériences.

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