La plupart des gens associent le CERN avec le Grand Collisionneur de Hadrons (LHC). Pourtant, on y retrouve aussi de nombreuses expériences certes moins connues mais très diversifiées.
Près d’un millier de scientifiques travaillent sur des expériences allant de l’antimatière à des thérapies anti-cancer, en passant par la formation des nuages et la production de radioisotopes.
Déjà en 2011, l’expérience ALPHA a fait les manchettes en réussissant à conserver de l’antihydrogène pendant plus de quinze minutes. Antiparticules et particules sont produites en quantités égales dans les accélérateurs de hautes énergies. Mais comme nous vivons dans un monde fait de matière, confiner de l’antimatière n’est pas une mince affaire. Il faut l’empêcher d’entrer en contact avec la matière, sinon les deux s’annihileront. Habituellement, une «bouteille magnétique» est utilisée pour le confinement. Il s’agit d’un espace délimité par de puissants champs magnétiques et opéré dans un vide absolu pour éviter cette rencontre. Il faut au préalable réussir à combiner un antiproton avec un antiélectron (appelé «positon») à très basse température. Ainsi, les antiatomes formés ont aussi peu d’énergie que possible afin qu’on puisse les piéger, soit moins de 0.5 0K ou -272.5 0C.
Malgré tout, maintenant que les techniques de confinement ont été améliorées en 2011, le but des expériences ALPHA, ASACUSA, et ATRAP est maintenant de voir si ces antiatomes ont les mêmes propriétés que les atomes de matière, la même spectroscopie par exemple. Une nouvelle expérience AEgIS démarrera cette année et tentera de vérifier si la constante gravitationnelle g de l’antihydrogène est la même que celle de la matière.
Entre temps, l’expérience CLOUD essaie de résoudre une vieille énigme: comment se forment les aérosols dans l’atmosphère? Toutes les gouttelettes de nuages apparaissent sur des aérosols, de toutes petites particules liquides ou solides en suspension dans l’air. Mais la formation de ces aérosols demeure un mystère. Pour y répondre, on utilise une chambre à température contrôlée contenant de l’air pur où on introduit des traces de vapeurs d’éléments chimiques. Et surprise, on constate que l’ammoniaque et l’acide sulfurique, les deux composants chimiques aéroportés soupçonnés d’être responsables de la formation de tous les aérosols, contribuent à peine à expliquer la formation d’un dixième à un millième des taux observés dans l’atmosphère. Le programme pour 2012 est donc clair : identifier les éléments manquants et poursuivre l’étude de l’effet des rayons cosmiques (simulés avec des faisceaux de pions) sur la formation de ces aérosols.
Beaucoup d’activité aussi du côté de la thérapie hadronique, une technique de pointe utilisée dans la lutte contre le cancer. Des protons et autres ions légers remplacent les photons des rayons X utilisés en radiothérapie. Le défi est de détruire les cellules cancérigènes sans affecter les cellules des tissus sains. Contrairement aux rayons X, les protons et ions de carbone déposent pratiquement toute leur énergie à la fin de leur parcours au lieu de la disséminer tout le long du trajet. Il est donc possible d’apporter de grandes quantités d’énergie là où on en a besoin, sans abimer les autres cellules en chemin.
Énergie déposée par différentes particules en fonction de la distance parcourue lorsqu’elles pénètrent la matière, par exemple un tissus humain. Les protons et les ions de carbone déposent la majorité de leur énergie à une profondeur bien précise, alors que les photons des rayons X conventionnels la dépose tout au long de leur parcours, endommageant les tissus sains avant d’atteindre la tumeur.
Le CERN a joué un rôle de catalyseur dans la formation du Réseau Européen de Recherche en Thérapie Hadronique (ENLIGHT) établi en 2002 pour faciliter la coordination des efforts européens. Durant les années 90, un groupe du CERN a développé la conception d’un accélérateur de particules pour la thérapie hadronique appelé PIMMS (Proton Ion Medical Machine Study). Ce travail a servi de base pour plusieurs autres versions. Le CERN soutient aussi le vaste projet MedAustron en Autriche et planifie d’exploiter son expertise en technologie des accélérateurs pour développer une seconde génération d’appareils dédiés à la thérapie hadronique.
L’expérience ACE a testé la même idée avec des antiprotons. L’avantage est qu’ils détruisent plus de cellules malignes avec l’énergie supplémentaire libérée lors de l’annihilation des antiquarks de l’antiproton avec les quarks des protons et neutrons de la tumeur. Ces travaux seront complétés cette année.
Et puis il y a ISOLDE, un centre qui utilise un petit accélérateur du CERN (le booster du Proton Synchroton) pour produire des noyaux “exotiques” pour presque tous les éléments chimiques en ajoutant des protons à des noyaux stables. Ces radioisotopes sont ensuite utilisés par une cinquantaine d’expériences pour étudier le structure du noyau, l’astrophysique nucléaire, les symétries fondamentales, la physique atomique et de l’état solide, et des applications en biologie.
D’autres scientifiques utilisent des faisceaux de neutrons de n_TOF pour en autres tenter de transmuter des déchets radioactifs en éléments de plus courtes durées de vie, voire même les rendre stables et inoffensifs.
Les équipes de CAST et OSQAR elles sont la recherche d’axions, paraphotons et caméléons, toutes des particules hypothétiques proposées par différentes théories pour expliquer la mystérieuse matière noire. Depuis une décennie déjà, ces chercheur-e-s ne cessent d’ajouter de nouvelles hypothèses sur leur liste de : « à trouver » sans risquer de chômer de si tôt.
Et comme des millions de personnes l’ont appris l’an dernier, le CERN fournit aussi des faisceaux de neutrinos à plusieurs expériences situées au laboratoire du Gran Sasso en Italie, dont OPERA où la troublante annonce de la mesure de neutrinos voyageant apparemment plus vite que la lumière a envoyé une onde de choc tout autour de la planète. Deux autres expériences du Gran Sasso se préparent en ce moment à vérifier ces résultats dans les mois à venir.
Voilà donc quelques unes des nombreuses expériences en cours au CERN en plus du programme du LHC. Ensemble, elles font du CERN un endroit valant la peine de garder à l’œil. Alors suivez nous sur Twitter @CERN.
Pauline Gagnon
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