La matière passée à la moulinette

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Physique Mercredi, le nouvel accélérateur de particules du Cern entre en service

Recréer l’univers quelques instants après sa naissance pour percer les secrets de la matière : c’est l’ambitieuse mission du LHC.

C’est l’effervescence en Suisse, en Belgique et dans des dizaines d’autres pays où des chercheurs sont impliqués dans la mise au point du LHC et de ses expériences scientifiques.

A Genève, au Cern, le Laboratoire européen pour la physique des hautes énergies, on met en effet la dernière main au démarrage du nouvel accélérateur de particules : le LHC, le « grand collisionneur de hadrons ». Il s’agit ni plus ni moins de la machine à sonder la matière la plus puissante jamais construite.

Dès 9 h, mercredi matin, cet accélérateur emprisonné dans un anneau souterrain de 27 kilomètres de circonférence va démarrer. Deux faisceaux de protons (qui sont de la famille des hadrons) vont commencer à y circuler en sens inverse, sous la frontière franco-suisse. Le double faisceau est maintenu sur la bonne trajectoire dans leurs tubes à vide par des milliers d’aimants supraconducteurs refroidis à moins 271 degrés et développant un puissant champ magnétique.

Au niveau des quatre expériences principales disséminées sur l’anneau (CMS, LHCb, Atlas et Alice), ces faisceaux seront dirigés à la demande l’un vers l’autre. Les paquets de protons accélérés quasi à la vitesse de la lumière se percuteront alors et éclateront, générant un bestiaire exotique de particules élémentaires.

Le mystère de l’antimatière

A ces moments-là, les physiciens seront… au paradis. Ils disposeront de particules élémentaires et fugaces similaires à celles qui existaient quelques instants à peine après le Big Bang, la naissance de notre Univers. En étudiant leurs traces et leur comportement dans leurs gigantesques détecteurs, ils espèrent en apprendre davantage sur la matière, son origine et son histoire. Mieux encore, ils espèrent confirmer des pans entiers de la théorie. Ils voudraient par exemple percer le mystère de l’antimatière. Au tout début de l’Univers, particules et antiparticules ont été produites en quantités égales, dit la théorie. Elle dit aussi que quand une particule rencontre une antiparticule, elles s’annihilent. Pourquoi dès lors la matière a-t-elle survécu ? Pourquoi n’a-t-elle pas disparu en même temps que l’antimatière ? Le LHC pourrait apporter des réponses à ces questions.

Et il en ira de même pour d’autres interrogations qui tarabustent les physiciens : la composition de la matière noire et de l’énergie sombre qui baignent notre Univers, l’origine de la masse des particules, la découverte d’éventuelles autres dimensions, l’existence potentielle d’un mystérieux boson appelé « boson de Higgs ». Ce dernier intéresse beaucoup les Belges. Et pour cause, son existence a été copostulée par les Prs Englert et Brout de l’ULB.

Cette particule élémentaire, qui n’a pas encore été observée dans un accélérateur de particules, pourrait expliquer bien des choses sur la masse des autres particules. Et expliquer notamment pourquoi la masse du proton n’est pas identique à celle des trois quarks qui le composent.

Cette découverte n’est cependant pas pour demain ni même après-demain. En fait, elle ne devrait pas intervenir avant plusieurs mois, voire plusieurs années, quand le LHC aura atteint sa puissance nominale. Les physiciens belges y seront particulièrement attentifs. C’est qu’à la clé, il y a du prix Nobel dans l’air pour les trois théoriciens qui ont postulé son existence.

Quelque 75 chercheurs belges dans la course

Le solénoïde compact à muons, ou CMS dans le jargon, un des quatre gros détecteurs du LHC, intéresse particulièrement les chercheurs et les ingénieurs belges.

Depuis plus de quinze ans, certains d’entre eux ont été impliqués dans la conception puis la construction du détecteur de traces qui se trouve au cœur du solénoïde : une machine énorme de quelque 12.500 tonnes qui prend la forme d’un cylindre de 13 mètres de long pour un diamètre de 7 mètres !

Plus que jamais, les spécialistes belges du domaine ont travaillé ensemble pour participer à cette nouvelle aventure scientifique.

Les laboratoires des hautes énergies du pays ont uni leurs efforts pour contribuer à cette expérience. Au total, 75 scientifiques et ingénieurs de l’ULB, l’UCL, l’Université de Mons-Hainaut, la VUB, l’Université de Gand et celle d’Anvers sont impliqués dans l’expérience CMS. Au total, précisons que 2.310 scientifiques issus de 38 pays participent à l’élaboration et l’exploitation de ce détecteur.

Du côté belge, le soutien financier vient du Fonds national pour la recherche scientifique (FNS et FWO) ainsi que de la Politique scientifique fédérale.

Quant aux domaines de recherche qui intéressent plus particulièrement les physiciens de notre pays, et pour lesquels ils comptent sur le LHC pour progresser, on retrouve l’étude détaillée du quark top, la reconstruction des électrons et des photons, le fameux boson de Higgs (et de Brout et Englert !), l’exploration de dimensions supplémentaires, la quête de particules supersymétriques et l’étude de la matière noire.

Enfin, notons encore qu’en ce qui concerne l’analyse des données qui seront générées par le LHC, deux centres de calcul du Grid, la grille de calcul distribuée du Cern, sont situés en Belgique.

DU BRULLE,CHRISTIAN
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