Depuis quelques temps, la communauté scientifique est en émoi face au LHC (Large Hadrons Collider, soit Grand Collisionneur de Hadrons). Beaucoup le craignent, d'autres l'adulent. En tous les cas, le Centre européen pour la recherche nucléaire veut le mettre en route à 9h30 ce mercredi.
Qu'est-ce donc exactement?
Cette appareil de mesure scientifique représente actuellement la plus large infrastructure scientifique réalisé par l'Homme. Il s'agit d'un énorme tunnel circulaire (tore) d'une circonference de 27 km dont la section mesure 3,8 m de diamètre!
Ce tunnel est situé entre 50 et 200 m de profondeur, au Cern (le Centre européen pour la recherche nucléaire), un laboratoire à la frontière entre la France et la Suisse.
Il est équipé de près de 10'000 électro-aimants géants. Les plus gros mesurent 15 m et pèsent 34 tonnes. Ils sont donc particulièrement puissants: ils génèrent jusqu'à 16 fois le champ magnétique à la surface de la Terre (8,3 tesla chacun).
Ces électro-aimants entourent un tube dans lequel circuleront des faisceaux de protons.
Tout cet ensemble est maintenu à environ - 270 degrés Celsius (2 degrés Kelvin). À cette temperature, on obtient un état dit de "supraconductivité" où la resistance électrique n'a plus cours. Les conditions idéales pour l'expérience!
Le système de refroidissement du LHC, à l'hélium liquide (Cern)
À quoi ca sert?
Toutes les conditions y sont réunies pour créer une trajectoire parfaite, sans frottement et où les lois de la physique sont absorbées. La gravité, le champ magnétique terrestre et la resistance électrique seront tout simplement supprimés pendant l'expérience.
Ce qui donnera un environnement pur pour la réalisation de l'expérience: comme si 2 protons se cognaient dans l'espace, loin de toutes autres formes de matières.
Alors que cherche t'on?
On cherche a mettre en évidence le Graal de la recherche sur la matière: le boson de Higgs, également appellée "particule divine". Pour cela, on doit éclater des éléments comme les protons, à très haute énergie, afin d'en extraire éventuellement un boson de Higgs.
Qu'est ce qu'un proton?
Un proton est un des éléments du noyau des atomes: on connait son poids, sa charge (l'electricité qu'il contient), ses interactions avec les éléctrons, ... Ces interactions sont le fruit de la force éléctromagnétique, un phénomène connu depuis très longtemps déjà. Une particule est responsable de cette force: le photon.
La force éléctromagnétique est l'une des 4 forces du modèle standard de la physique. La plus connue de ces forces est la force gravitationnelle, qui permet à la Terre de tourner autour du Soleil, etc. Mais il en existe deux autres beaucoup moins connues que l'on peut observer dans un proton:
On connait la composition d'un proton: des quarks (des particules chargées electriquement), liés par des gluons (une particule qui "lient" les quarks en fonction de leur "couleur physique"). C'est ce qu'on appelle l'interaction forte.
Les protons ne sont pas les seuls éléments constitués de quarks et de gluons, il existe les kaons, les pions, les neutrons, ... Ces éléments sont appelés les hadrons.
Mais ces hadrons ne sont pas figés: ils peuvent s'échanger de l'énérgie, par le biais de bosons: des hadrons qui déplacent de l'énergie et transforment ainsi d'autres hadrons. On appelle ces échanges l'interaction faible. Cette force a de particulier d'être peu significative entre les atomes, et ne s'applique donc qu'à l'infiniment petit.
Un employé du Cern travaille sur le LHC (Cern)
Mais qu'est ce que le boson de Higgs?
C'est un boson qui n'apparaît qu'à un moment précis: quand l'interaction électro-magnétique et l'interaction faible sont du meme ordre de grandeur. Pour imager, c'est un peu quand on arrive au moment où une fusée décolle de la Terre, et où sa poussée dépasse sa masse. Ce phénomène se produit lorsque la quantité d'energie donnée au proton est de l'ordre d'une centaine de giga-electovolt (GeV). C'est ce que le LHC tentera de créer!
Le LHC va conduire les protons à une energie de 100 Gev à 1000 Gev. Un peu comme quand on augmente le son pour mieux entendre un enregistrement.
Et que gagne-t'on à prouver son existence?
Si le boson de Higgs se montre enfin, les scientifiques auront les clefs pour valider les modèles de physiques établis dans les années 70.
Ils pourront également determiner l'origine de la masse de particules, comment elle est "codée" dans l'Univers, et savoir pourquoi celui-ci pèse plus lourd qu'il n'en a l'air.
On aura également une meilleure idée du Big-Bang, et peut-etre découvrir des dimensions physiques encore inconnues.
Schéma explicatif du Big bang (Cern)
De quoi avoir peur alors?
Des scientifiques émettent plusieurs scénarios catastrophes si l'expérience n'est pas bien controlée :
- Certains pensent que la masse considérable générée lors de l'impact pourrait créer des trous noirs incontrôlables qui finiraient par engloutir la planète et peut-être même l'univers.
- D'autres pensent que de l'anti-matière pourrait se former, et detruire progressivement la Terre. L'anti-matière est une sorte de miroir de la matière, et le choc entre les deux seraient explosifs !
- des monopoles magnétiques, sorte d'aimant avec un seul nord ou un seul sud, pourraient destabiliser l'équilibre electrique de la matière.
Mais le CERN se veut rassurant: un rapport vulgarisé a été publié permettant de convaincre chacun que les experiences effectués au LHC seront totalement inoffensives.
Ainsi, on découvre que l'expérience qui va suivre se réalise des milliards de fois dans l'Univers, et n'a jamais eu aucune conséquence.
Ouf...
Demain ne sera probablement pas la fin du monde, mais sûrement le début d'une nouvelle ère scientifique...
(Sources: Wikipédia (anglais), Wikipédia, TSR.ch, Cern, La supraconductivité par Scientibus, Interview de Peter Higgs sur Le Monde.fr, Schéma du LHC sur Le Point, Page Higgs Boson de Wikipedia)
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"les amis du négatif à l'oeuvre".
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