Omniscience

9 septembre 2008 - Le LHC lancé face aux secrets de l’univers

Le Grand collisionneur de hadrons (LHC), plus grand accélérateur de particules au monde, va enfin être mis en route demain, près de Genève, pour traquer les ultimes briques de la matière et récréer les conditions qui prévalaient dans l'univers dans les millièmes de secondes qui ont immédiatement suivi le big bang, il y a 13,7 milliards d'années. La matière existait alors sous la forme d'une sorte de soupe dense et chaude appelée plasma quarks-gluons. Les chercheurs pourront alors, grâce aux collisions générées par le LHC, voir comment ces quarks libérés de leur gangue s'agglutinent pour former de la matière. Cet outil, sur lequel environ 5 000 physiciens et ingénieurs travaillent depuis plus de 10 ans, est le plus grand projet scientifique de ces dernières années. Robert Aymar, directeur général du Cern, est persuadé qu'il « permettra d'aboutir à des découvertes qui chan- geront notre vision du monde et en particulier de sa création ».

Le boson de Higgs est une particule instable que l'on a qualifié de « divine » car beaucoup de chercheurs l'ont étudiée mais personne ne l'a jamais vue. L’un des grands enjeux du LHC est de confirmer son existence par l'expérience, ce qui permettrait de trouver le chaînon manquant du « modèle standard » qui résume nos connaissances actuelles de la physique des particules. Il permettrait d'expliquer l'origine de la masse et pourquoi certaines particules en sont bizarrement dépourvues. Mais au-delà du boson de Higgs, « nous sommes convaincus qu'il existe de très nombreuses particules beaucoup plus lourdes que celles que nous connaissons avec très peu d'interactions et qui sont présentes dans l'univers. C'est ce que nous appelons sans doute la matière noire", explique M. Aymar. Pour lui, « il est certain que le LHC fournira l'identification et la compréhension de cette matière noire », qui compte pour 23 % de l'univers, alors que la matière ordinaire ne compte que pour 4 % (le restant étant constitué d'énergie sombre).

Depuis 1996, le Cern a construit à 100 mètres sous terre un anneau de 27 km de circonférence refroidi durant deux ans pour atteindre – 271,3 °C, soit juste 1,9 °C de plus que le zéro absolu. Autour de l'anneau sont installés quatre grands détecteurs au sein desquels vont se produire des collisions de paquets de protons. Leur vitesse atteindra jusqu'à 99,999 % de celle de la lumière (environ 300 000 km par seconde). En 10 heures de fonctionnement, le faisceau de protons traversera dans le tunnel l'équivalent de 10 milliards de km, soit la distance d'un aller-retour Terre-Neptune. À pleine puissance, 600 millions de collisions par seconde généreront une floraison de particules, dont certaines n'ont jamais encore pu être observées. Pour trier les 15 millions de gigaoctets de données recueillis chaque année, 11 grands centres répartiront l'information brute à 200 sites à travers le monde, qui la stockeront et l'analyseront. En tout plus de 3 000 ordinateurs alimenteront le réseau. Les collisions produiront une énergie de 14 teraélectronvolts (TeV), soit une forte concentration d'énergie, qui générera ponctuellement des températures 100 000 fois supérieures à celles du cœur du Soleil, mais à une échelle minuscule. Un TeV équivaut à l'énergie d'un moustique en vol.

Les quatre collisionneurs répartis le long du tunnel sont gigantesques. Le plus gros, baptisé Atlas, est un cylindre de 25 mètres de diamètre pour 46 mètres de long, soit la moitié du volume de Notre-Dame de Paris. L'engin pèse 7 000 tonnes, presque autant que la Tour Eiffel, et s'enroule dans 3 000 km de câbles. Pour creuser la cavité dans laquelle il est installé, il a fallu dégager près de 300 000 tonnes de roche, puis couler 50 000 tonnes de béton. En un an, Atlas produira des données équivalant à 160 fois les 3 milliards de livres réunis à la Bibliothèque du Congrès à Washington, la plus grande du monde.

Le projet, auquel ont contribué les pays européens, mais aussi notamment les États-Unis, l'Inde, la Russie et le Japon, a coûté 3,76 milliards d'euros. Les deux-tiers de cette somme servent aux équipements et le reste à payer les milliers d'ingénieurs et de physiciens qui ont été embauchés. Prochain objectif pour aller toujours plus loin : l’ILC.
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