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.
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 (conditionnel) 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 janvier
2019.