Publié par : La société solidaire et durable | juillet 15, 2012

Le LHC, l’accélérateur de particules le plus puissant du monde !


Chers lecteurs,

J’aimerais vous présenter aujourd’hui le LHC, l’accélérateur de particules le plus puissant du monde !

Présentation du LHC

Le Large Hadron Collider (LHC, ou Grand collisionneur de hadrons en français) est un accélérateur de particules mis en fonctionnement le10 septembre 2008 et inauguré officiellement le 21 octobre 2008 au CERN. Situé à la frontière franco-suisse, c’est le plus puissant accélérateur de particules au monde construit à ce jour, dépassant en termes d’énergie le Tevatron aux États-Unis. Il est même présenté comme le plus grand dispositif expérimental jamais construit pour valider des théories physiques.

Le LHC a été construit dans le tunnel circulaire (26,659 km de circonférence) de son prédécesseur, le collisionneur LEP (Large Electron Positron). À la différence de ce dernier, ce sont des protons — de la famille des hadrons — qui sont accélérés pour produire des collisions, en lieu et place desélectrons ou des positrons pour le LEP.

Ces protons sont accélérés jusqu’à une énergie de 7 TeV, soit près de 7 500 fois leur énergie de masse. L’énergie totale de deux protons incidents sera ainsi de 14 TeV. Le LHC est également utilisé pour accélérer des ions lourds comme le plomb avec une énergie totale de collision de 1 150 TeVpour le noyau dans son ensemble soit un peu plus de 2,75 TeV par nucléon qu’il contient.

 Ces protons (ou ions) de très haute énergie circulant dans deux faisceaux tournants à contre-sens se choquent les uns contre les autres, dans le but de rechercher des indices de la supersymétrie, de la matière noire et de l’origine de la masse des particules élémentaires.

Les faisceaux se composent des paquets contenant des centaines de milliards de protons chacun. Voyageant quasiment à la vitesse de la lumière, ils sont injectés, accélérés, et maintenus en circulation pendant des heures, guidés par des milliers d’aimants supraconducteurs puissants.

Dans la majeure partie de l’anneau, les faisceaux voyagent dans deux lignes sous vide séparées, mais en quatre points d’interactions, il se heurtent au cœur des expériences principales, appelées Atlas, CMS, Alice et LHCb. L’énergie des protons (ou des ions) est transformée au moment du choc en une myriade de particules exotiques, que les détecteurs de ces quatre expériences observent avec attention.

Les détecteurs pourront voir jusqu’à 600 millions de collisions par seconde et les expériences scrutent déjà les données pour y déceler les signes d’événements extrêmement rares, tels que la création du très recherché boson de Higgs.

Objectifs et enjeux de ce projet de recherche

Les physiciens espèrent apporter des éléments de réponse à plusieurs questions concernant la physique des particules et la cosmologie à l’aide de ces détecteurs :

– le modèle standard décrit de façon remarquablement précise la physique des particules. Il prédit l’existence d’une particule, appelée boson de Higgs, dont la détection est un des objectifs prioritaires du LHC car il permettrait de tester la validité de certaines théories (telle que la théorie des cordes) ;

– de nombreux arguments théoriques privilégient l’existence de ce que l’on appelle la supersymétrie, qui prédit que chaque type de particule connue possède un alter-ego appelé superpartenaire. La mise en évidence de la supersymétrie est le second enjeu du LHC ;

– de très nombreux modèles de supersymétrie existent. Si la supersymétrie est détectée, le LHC sera en mesure de faire le tri entre les modèles viables ;

– les observations cosmologiques indiquent qu’une grande partie (96 %) de la masse de l’univers est sous forme de constituants inconnus en laboratoire. L’un de ces constituants, appelé, faute de mieux le connaître, la « matière noire », pourrait être mis en évidence au LHC ;

– des modèles de physique des hautes énergies, notamment la théorie des cordes, prédisent l’existence de dimensions supplémentaires en sus des quatre dimensions (3 + le temps) d’espace que nous connaissons. Certaines collisions réalisées au LHC pourraient indirectement les mettre en évidence, notamment par la formation de trous noirs microscopiques ;

– il semble probable que matière et antimatière existaient en quantités égales lors du Big Bang. Par la suite, un phénomène très mal connu a vraisemblablement généré un léger surplus de matière sur l’antimatière (ce phénomène est appelé baryogénèse). Matière et antimatière se sont ensuite annihilées en quantités strictement égales, ne laissant au final que l’infime surplus de matière. Le LHC pourrait être en mesure de mieux expliquer ce processus ;

– les noyaux atomiques sont constitués de protons et de neutrons, chacun étant composé d’entités plus élémentaires appelées quarks. Les quarks n’existent aujourd’hui pas isolément, mais uniquement par groupes de deux ou trois particules (3 dans le cas des neutrons et des protons). Cette propriété est appelée confinement des quarks. Selon toute vraisemblance, à très haute température, les quarks peuvent exister isolément. Le LHC tentera de mettre en évidence cette « transition de déconfinement », et les propriétés de ce nouvel état de la matière appelé plasma quark-gluon.

Voici une vidéo de présentation du LHC :

Runfola Gabriel, Ingénieur en environnement et horticulture

Source : http://www.lhc-france.fr/

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