Collisionneur-de-hadrons
LHC-CERN

© Thierry PERIAT : Textes, idées et photos - ici : le premier accélérateur construit après la seconde guerre mondiale, au CERN à Genève.

Compte rendu personnel d’une visite faite au CERN en 2016

Ce sont les initiales du centre européen de la recherche nucléaire (Voir lien externe Wikipédia-France). Situé à Meyrin en Suisse francophone dans le canton de Genève, il a été fondé en 1953. Il occupe aujourd’hui environ 17 500 personnes et reçoit à peu près 10 000 professionnels qui sont invités à participer aux diverses expérimentations en cours. Il implique 22 pays qui en financent ou bien qui en observe les activités (USA, Russie, etc.) Le LHC (pour Large Hadron Collider ou, en français, grand collisionneur de hadrons) n’est qu’un des accélérateurs de particules du complexe genevois.

Placé à 100 mètres sous la surface du sol, ce grand anneau reçoit deux jets de protons circulant en sens inverse. Ils sont extraits de l’hydrogène et injectés dans une série d’accélérateurs plus petits qui, progressivement, leur font atteindre une vitesse de propagation proche de celle de la lumière avec une énergie sans cesse croissante. Ils tournent actuellement avec une énergie de 6,5 TeV. L’épaisseur de chaque faisceau est de l’ordre de celle d’un cheveu.

Et si nous allions voir d’un peu plus près à quoi cela ressemble ? Cent mètres plus bas; casque de protection sur la tête, sécurité oblige. Evidemment, là où il y a collisions de particules élémentaires (en l’occurrence ici des protons et bientôt des ions de plomb), il y a un grand risque de rencontrer les produits radioactifs de leurs décompositions. Ceci explique toutes les précautions de sécurité mises en œuvre tout autour de la « machine » située au point 5 (A visiter pour mieux comprendre : le site www.laradioactivite.com)

Mais au fait, à quoi ressemble-t-elle cette machine du point 5 ? Comment s’appelle-t-elle ? Que s’y passe-t-il ? Qu’y fait-on ? Un subtil jeu d’aimants permet de guider les deux jets dans le LHC. Le tout se passe sous l’œil vigilant des équipes de surveillance qui, depuis une salle de contrôle, vérifient sans discontinuité la valeur de tous les paramètres entrant en ligne de compte. Ce n’est qu’après avoir vérifié la conformité et la stabilité de tous les signaux que les projectiles entrent en collision de manière contrôlée dans une chambre qu’on appelle le Compact Muons Solenoid (CMS). La paroi, ou plus exactement les parois de cette machine gigantesque (21 m de long, 15 m de diamètre, 10 000 tonnes) ne sont qu’une série de détecteurs tous plus sophistiqués les uns que les autres dont l’objectif principal, voire crucial, est la reconstitution des trajectoires des produits résultant de la rencontre explosive de deux protons : p + p =… ?

Une fois que les signaux arrivent sur ces batteries de détecteurs, encore faut-il savoir qu’en faire. Chaque paquet de particules contient environ 100 milliards de protons et 2 800 paquets circulent simultanément dans les « tuyaux » du LHC. Ils parcourent 11 000 fois le circuit chaque seconde (ils circulent presque à la vitesse de la lumière).

C’est à cet endroit que la science théorique et l’informatique jouent un rôle essentiel. Grâce aux théories et aux expériences passées, nous savons à peu près à quoi devraient ressembler les trajectoires des produits résiduels. La grande majorité des particules émises lors de la désintégration des protons sont fort heureusement connues. Après reconstitution des trajectoires, ceci permet de réaliser un tri informatique visant à isoler les trajectoires qui correspondraient à des particules inconnues jusque-là. 

Le nombre de signaux est si vaste qu’il ne serait pas possible de les décoder sans la coopération de 170 serveurs répartis à travers le monde. Environ 200 000 Terabytes (200 Pétabytes) sont actuellement stockés chaque année. Il faudra encore beaucoup de temps pour les analyser et en tirer tous les enseignements. Les cribles d’analyse, on l’aura compris jouent un rôle essentiel dans ces analyses car ils sont en fait construits sur la base de ce que nous croyons savoir à ce jour. Ils matérialisent l’adage selon lequel on ne voit que ce que l’esprit veut bien voir. Ainsi, si par malheur, nos esprits n’ont pas su reconnaitre certains liens logiques, il se peut que ces algorithmes passent à côté de certains schémas logiques liant les particules entre elles. On le voit : il y a encore du travail pour vingt ans encore.

Entre-temps, malgré l’absence de signes probants assurant de la véracité de la théorie de supersymétrie (SUSY), les chinois auraient achevé près de la ville de Shangaï la construction d’un complexe similaire (source : documentaires de la chaîne CGTN)... au détail important près qu’il devrait étudier des jets dont les collisions auraient une énergie de 100 TeV au lieu des 13 TeV du LHC !

Note personnelle : Certains tour-opérateurs proposent de vous emmener visiter les lieux et les entrailles de ces installations. Renseignez-vous sur Internet ! Ce peut être une excellente idée d’excursion pour votre classe.

© Thierry PERIAT, remise en ligne sur la base d’un texte paru initialement le 25 septembre 2016 ; 15 novembre 2018.

Ci-dessous, deux liens internes : un exemple des recherches menées par le CERN ou d'autres organismes similaires à lui dans le monde ; le second renvoie vers une page consacrée à une propriété de la matière utilisée au sein des anneaux d'accélération.