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CERN (Francais) | Geneva | Switzerland

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Tout un Univers à découvrir

Les deux dernières années ont été plutôt exceptionnelles pour le CERN. En 2012, les expériences CMS et ATLAS  ont découvert le boson de Higgs, confirmant le mécanisme élaboré 48 ans auparavant par Robert Brout, François Englert et Peter Higgs. Et en 2013, Englert et Higgs se sont vus décerner le Prix Nobel de physique pour leurs travaux.

2014 sera également une année spéciale, puisque le CERN célébrera ses 60 ans. Mais au-delà de son anniversaire, cette année le CERN prépare le Grand collisionneur de hadrons (LHC) à explorer de nouveaux territoires.

Avec la découverte du boson de Higgs, nous avons complété le Modèle Standard, la théorie actuelle qui explique de quoi toute la matière visible est faite. Mais ce type de matière ne compte que pour 5 % du contenu total de l’Univers. L’existence de matière sombre nous prouve que le modèle actuel est incomplet. Jusqu’ici, l’analyse des données prises à 8 TeV ne révèle pas pour l’instant de traces de cette matière sombre. Pour pousser nos recherches plus loin et plus vite, nous devons augmenter la portée du LHC en allant à plus haute énergie.

C’est pourquoi depuis février 2013 tous les accélérateurs et expériences du CERN sont à l’arrêt afin d’effectuer des travaux de maintenance et de consolidation. Ceci se poursuivra en 2014 pour le LHC, mais plusieurs accélérateurs du complexe du CERN reprendront du service dès cet été.

H-bottle

Le point de départ de la chaîne d’accélérateurs est une simple bouteille d’hydrogène. Les électrons sont arrachés aux atomes d’hydrogène par un champ électrique pour ne laisser que les protons. Ceux-ci sont ensuite accélérés dans un petit accélérateur linéaire (LINAC 2 en bas, au centre du diagramme ci-dessous). L’anneau d’ions de basse énergie (LEIR) joue le même rôle, mais avec des ions lourds.

Accelerators

Les protons obtiennent une poussée supplémentaire dans le Booster avant d’être injectés dans le plus vieil accélérateur du CERN encore en service, le synchrotron à protons (PS). Puis les protons sont dirigés vers le supersynchrotron à protons (SPS) où ils atteignent une énergie de 450 GeV (soit 450 milliards d’électronvolts). C’est l’étape finale avant l’injection dans le LHC où des énergies près de trente fois plus grandes seront atteintes en 2015, soit 13 TeV.

Plans-2014-fr
Les faisceaux issus de la chaîne d’accélérateur alimentent aussi d’autres zones expérimentales comme ISOLDE et n-TOF où un très grand nombre d’expériences nucléaires prennent place. D’autres protons sont dirigés vers une cible pour produire des antiprotons pour le Décélérateur d’Antiprotons (AD), un laboratoire consacré à l’étude de l’antimatière. Ces expériences reprendront toutes leurs activités en 2014.
Tous les travaux de consolidation du LHC et de ses expériences s’effectuent en parallèle. ATLAS et CMS prévoient d’achever leurs travaux sur les détecteurs avant novembre. ALICE sera prêt début décembre et LHCb début janvier 2015.

Dans le même temps, tous les physicien-ne-s qui ne sont pas impliqué-e-s dans ces travaux finalisent les analyses des données prises jusqu’en 2013, préparent de nouvelles simulations à plus haute énergie, améliorent les algorithmes de reconstruction des données ou rendent les critères de sélection du système de prise de données plus performant. Tout le monde doit relever le défi d’être prêt à traiter plus de données récoltées à plus haute énergie. Tout ça dans l’espoir que nous serons peut-être récompensé-e-s encore une fois par de nouvelles découvertes puisqu’il reste encore tout un monde à découvrir.

Pauline Gagnon

Pour être averti-e lors de la parution de nouveaux blogs, suivez-moi sur Twitter: @GagnonPauline ou par e-mail en ajoutant votre nom à cette liste de distribution

 

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  • Gilbert

    Est-i possible qu’on ne trouve pas de toute de matière noire, et qu’il soit possible que notre compréhension de la gravité soit incorrecte ?

    Si la gravité, à grande échelle, fonctionne autrement, comment pouvons-nous trouver comment alors que nous sommes confinés à notre petite échelle ?

    Si la gravité fonctionne autrement à grande échelle (donc nous n’aurions pas besoin de matière noire), en étudiant par réductionnisme les particules, devrions-nous voir quelque chose de la même manière qu’on pourrait peut être un jour découvrir comment la gravité agit au niveau quantique même si la théorie actuellement n’a pas la gravité incluse ?

    Les effets de la masse manquante, que l’on observe sur les galaxies, peut-elle provenir de l’influence de la partie de la gravité qui s’échapperait dans une autre dimension ? La force de gravité semble très faible, par rapport à l’électro-magnétisme. Des physiciens pensent qu’une partie de la force de la gravité pourrait basculer vers une autre dimension ou une brane proche. Cette brane proche pourrait-elle voir la gravité qui s’y échappe altérer, à grande échelle, la manière dont la matière de nos galaxies évolue, ce qui expliquerait la masse manquante apparente ?

  • CERN (Francais)

    Bonjour Gilbert,

    tant qu’on aura pas éclairci le mystère de la matière sombre, tout est possible. Ceci étant dit, la matière sombre ne se manifeste pas seulement à travers les effets gravitationnels. C’est aussi un élément essentiel dans la formation des galaxies. Sans sa présence, on ne peut pas expliquer comment les galaxies se sont formées aussi vite. (voir ce blog pour plus de détails: http://www.quantumdiaries.org/2013/07/08/cosmologie-et-matiere-sombre/). Autre élément non mentionné dans ce blog: les résultats de Planck ont aussi démontré que des grumeaux existaient déjà 380 000 ans après le Big Bang, i.e. la matière n’était plus distribuée de façon uniforme. L’étude de la distribution de ces grumeaux, leur taille et les variations de température associées (variations dans le spectre du bruit de fond de microones) montre aussi la présence de la matière sombre. C’est un élément essentiel au model décrivant l’évolution de l’Univers. Et cela n’implique d’aucune manière la gravité.J’ai plus de détails là-dessus dans une conférence que j’ai donnée sur la matière sombre: http://pauline.web.cern.ch/pauline/presentations/MatiereSombre.pptx

    Tout ça pour dire que les preuves de l’existence de la matière sombre viennent de différents aspects, pas seulement des preuves par effets gravitationnels.

    Pour répondre à votre dernier point: si j’avais la réponse, je serais célèbre, TRÈS célèbre! Personne ne sait mais c’est une piste et pluseiurs hypothèses sont formulées dans ce sens (autres dimensions par exemple). Seules les preuves expérimentales qu’on pourra trouver viendront trancher sur ce qui est et ce qui n’est pas.

    J’espère vous avoir fourni quelques éléments de réponse, Pauline

  • CERN (Francais)

    Bonjour,

    il n’y a pas que des preuves gravitationnelles de l’existence de la matière sombre. Il y a aussi les modèles d’évolution depuis le Big Bang qui ne fonctionnent pas sans matière sombre. Cela a bien été démontré par l’expérience Planck. (voir à ce sujet plus d’explications dans une présentation que j’ai donnée sur le sujet. Voir les pages 16-17-18-19 http://pauline.web.cern.ch/pauline/presentations/MatiereSombre.pptx). La matière sombre est un élément essentiel de ces modèles.

    Donc on a des preuves de son existence qui ne viennent pas seulement de la théorie de la gravité. Alors il faudrait que d’autres théroies comme les modèles d’évolution depuis le Big Bang) soit erronés. Mais il est vrai qu’on en sait très peu sur la gravité, et surtout, pourquoi cette forte est-elle 10 exposant -41 fois moins forte que la force nucléaire forte (celle qui lie les quarks à l’intérieur des protons et neutrons). Une explication plausible est que la force de la gravité se perdre dans des dimensions microscopiques. Au Grand collisionneur de hadrons du CERN, le LHC, plusieurs travaux sont en cours pour vérifier si cela pourrait être le cas. On a encore rien trouver mais les recherches continueront lorsque le LHC ira à plus haute énergie au début de 2015.

    J’espère que cela répondra en partie à vos questions. Pauline