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Science

Le LHC, une machine à big-bang

Par Marine Corniou - 07/07/2017
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Recréer les conditions qui régnaient dans l’Univers juste après le big-bang, il y a 14 milliards d’années: voici l’ambition des opérateurs du Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN, la plus grande machine scientifique jamais construite, sur laquelle travaillent (sur place et à distance) près de 10 000 physiciens de plus de 80 pays.

Pénétrer dans l’antre du CERN est en soi une expérience internationale! Les physiciens et les étudiants, de toutes origines et parlant toutes les langues, y côtoient des groupes de touristes venus «admirer» les salles de contrôle des différentes expériences.

Dans celle d’ATLAS, derrière une baie vitrée, des dizaines d’écrans permettent aux opérateurs de s’assurer que le détecteur fonctionne correctement. On ne verra toutefois rien de plus. La machine venant d’être remise en route, il est impossible de descendre dans une des quatre «cavernes» où se situent les détecteurs.

Le LHC est en fait un tunnel circulaire de 27 km de longueur (comprenant deux anneaux concentriques de 10 cm de diamètre), creusé à 100 m sous terre, autour duquel sont installés plus de 9 000 aimants. Le champ magnétique généré par les aimants permet de faire circuler des protons dans les anneaux, dans des sens opposés. À pleine puissance, des trillions de protons, lancés à 99,9999991% de la vitesse de la lumière, effectuent 11 245 fois le tour de l’accélérateur par seconde! Les deux faisceaux de protons entrent en collision frontale au niveau des détecteurs ATLAS et CMS, deux énormes dispositifs (de 20 m à 46 m de longueur et de 15 m à 25 m de hauteur) permettant de mesurer la charge et la masse des particules émises lors des collisions.

«CMS et ATLAS sont placés à deux points opposés de l’anneau. Ces détecteurs permettent d’étudier la même chose, mais avec deux technologies différentes, explique Yves Sirois. Les deux équipes sont en compétition, mais devraient arriver aux mêmes conclusions en même temps!» Ce sont ces expériences qui ont permis de découvrir le boson de Higgs en 2012.

Outre ces deux détecteurs, deux autres cavernes abritent les détecteurs des expériences ALICE et LHCb.

ALICE étudie les effets de collisions d'ions lourds (ions plomb) afin de recréer en laboratoire les conditions qui régnaient juste après le Big Bang. L’expérience LHCb, quant à elle, cherche à comprendre pourquoi nous vivons dans un Univers qui semble être constitué entièrement de matière, sans aucune présence d’antimatière. Elle explore les différences entre matière et antimatière en étudiant un type de particule appelée « quark beauté » ou « quark b ». Elle a permis de découvrir un nouveau type de baryon en juillet 2017.

Enfin, deux autres expériences, de taille nettement plus petite, TOTEM et LHCf, étudieront les hadrons qui échappent de justesse à une collision frontale et qui sont très légèrement déviés de la trajectoire du faisceau.
 

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