Mise en service de l'accélérateur de particules LHC du CERN

09 septembre 2008
02m 36s
Réf. 05706

Notice

Résumé :

A la veille de la mise en service de l'accélérateur de particules Long Hadron Collider (LHC), le reportage nous présente l'envergure de la plus grande expérience de physique jamais réalisée, ses objectifs scientifiques ainsi que les craintes qu'elle soulève.

Date de diffusion :
09 septembre 2008
Source :
A2 (Collection: 20 heures )
Lieux :

Contexte historique

Le CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) est l'organisation européenne pour la Recherche nucléaire qui regroupe plus de vingt et un états membres. Il a été fondé en 1954. Il a pour vocation la physique fondamentale, la découverte des constituants et des lois de l'Univers. Il sonde les constituants ultimes de la matière, les particules fondamentales en utilisant des instruments scientifiques très complexes comme les accélérateurs de particules qui augmentent l'énergie d'un faisceau de particules avant de l'injecter dans la machine suivante, le grand collisionneur de Hadrons (LHC) en étant le dernier maillon. En étudiant ce qui se passe lorsque ces particules entrent en collision, les physiciens appréhendent les lois de la Nature. C'est le plus grand centre de physique des particules du monde. Il est situé à quelques kilomètres de Genève, près de la frontière franco-suisse.

Le projet de construire le Long Hadron Collider (LHC) a été officiellement approuvé en décembre 1994, pour succéder au Large Electron Positron collider ou accélérateur de particules électron-positron (LEP) qui a fonctionné de 1989 à 2000. La mise en service du LHC était initialement prévue pour 1999 mais le projet accumule des retards techniques et financiers.

Le LHC utilise les tunnels construits pour le LEP. Il est l'accélérateur de particules le plus long et le plus puissant du monde. Il a été mis en service le 10 septembre 2008. Il mesure 27 km de long, a une forme circulaire et se trouve à 100 mètres de profondeur.

Des protons (ou des ions) sont accélérés et guidés par des milliers d'aimants supraconducteurs puissants jusqu'à quasiment la vitesse de la lumière. L'accélérateur utilise la technologie du synchrotron.

Les protons de très haute énergie circulent à contre-sens et s'entrechoquent, afin de rechercher des indices de la supersymétrie, de l'origine de la masse des particules élémentaires et de la matière noire. Le modèle standard de la physique des particules a permis de prédire les constituants fondamentaux de la matière mais les physiciens considèrent que ce modèle est incomplet. La supersymétrie émet l'hypothèse d'une particule partenaire pour chacune des particules du modèle standard. Selon ce modèle, les particules n'ont pas de masse, ce qui n'est pas en accord avec nos observations. Les chercheurs ont trouvé un moyen de donner une masse aux particules. Ce mécanisme requiert l'existence d'une nouvelle particule légère, le boson de Higgs. Quant à la matière noire, elle constituerait l'essentiel de la matière de l'univers mais elle n'a jamais été détectée. Cependant, sans elle, la cosmologie (la science de l'origine de l'univers) s'effondrerait car il n'y a pas assez de matière ordinaire dans l'univers pour expliquer sa structure.

Le LHC a été arrêté une première fois, quelques jours après sa mise en service, en raison d'un problème électrique affectant le système de refroidissement. Il a été remis en route le 18 septembre 2008, avant d'être de nouveau arrêté, pour un peu plus d'une année.

En 2012, le LHC a identifié le boson de Higgs dont l'existence avait été postulée en 1964 par Higgs, Englert et Brout, c'était la dernière des particules élémentaires à échapper aux recherches. Elle complète admirablement le modèle standard.

Fatima Rahmoun et Sophie Edouard

Éclairage média

Après le lancement plateau, le reportage démarre dans une salle où de nombreux chercheurs, un peu les uns sur les autres, sont en train de scruter des écrans. L'un d'entre eux semble s'agacer. Le journaliste parle de stress et c'est un peu amusant d'entendre tous ces scientifiques répondre « yeh » tous ensemble à la fin du commentaire. On termine cette séquence par un gros plan sur un panneau avec quelques boutons de couleur qui peut lui aussi faire sourire le téléspectateur qui ne voit pas bien pourquoi cette petite boîte à boutons a tant d'importance.

Nous passons ensuite à une présentation du Long Hadron Collider (LHC) grâce à des images de synthèse. Le reportage passe ensuite de vraies images de l'accélérateur de particules à toute allure pour nous donner l'impression de voyager avec les particules. Les images qui suivent nous permettent de mieux nous rendre compte de la taille de l'édifice puisque des techniciens sont au travail et nous donnent un repère, ils représentent un peu la légende sur l'image. Ils apparaissent vraiment petits face à ces machines gigantesques qui semblent pouvoir les avaler.

Nicolas Chateauneuf nous explique alors à grand renfort d'images de synthèse la composition de la matière. Ce moment du reportage est très pédagogique afin de permettre à tous de mieux comprendre le fonctionnement de l'accélérateur. Des images de synthèse font voyager très vite un proton symbolisé par 3 petites billes dans le LHC, suivi de nombreux autres avant la collision recherchée. Cette partie du reportage correspond à une modélisation. Il ne faut pas considérer que les particules ressemblent à des petites billes dans la réalité. La représentation proposée nous aide à comprendre mais a des limites qu'il faut avoir en tête.

Michel Spiro du CNRS nous explique que les expériences du LHC reproduisent les conditions des premiers instants après le Big Bang, ce qui permet au journaliste de faire sa transition vers les craintes suscitées par le nouvel accélérateur. Le LHC fait peur car il serait susceptible de créer des micro trous noirs. Des images de synthèse grandioses font monter un peu la pression chez le téléspectateur. Bruno Mansoulie du CEA rassure. En effet, du fait de leur masse, ces trous noirs seraient soumis au phénomène d'évaporation des trous noirs (prédit par Stephen Hawking en 1975) et disparaîtraient avant d'avoir eu le temps d'absorber la matière environnante.

On apprécie la petite touche humoristique à la fin du reportage. Le zoom arrière qui finit sur une image de la galaxie précède le scientifique qui va comprendre les secrets de l'Univers... à vélo. S'agit-il d'une allusion au trajet en vélo dans un monde où la vitesse de la lumière est facilement atteignable dans l'ouvrage de vulgarisation scientifique M. Tompkins au pays des merveilles de Gamow ou à la célèbre photographie d'Einstein sur son vélo ?

Ce reportage se veut très positif afin que l'opinion publique soutienne ce grand projet européen qui détrône l'américain Tevatron de la première place des accélérateurs (Tevatron fermera en 2011 faute de crédits et ne pouvant pas rivaliser avec le LHC).

Fatima Rahmoun et Sophie Edouard

Transcription

Nicolas Châteauneuf
C'est à cette échelle que les physiciens du LHC vont travailler.
David Pujadas
Les sciences, avec l’inauguration demain d’une machine géante qui pourrait permettre de percer les secrets de la matière. Les scientifiques en rêvent depuis longtemps, il s’agit de l’accélérateur de particules du CERN. Il sera mis en service demain donc, sous la frontière franco-suisse. 4 milliards d’euros de budget, 5 000 personnes mobilisées. Explications, Nicolas Châteauneuf, Christophe Vignal.
Nicolas Châteauneuf
D’habitude, les physiciens sont des gens décontractés, mais depuis quelques jours, la tension monte. Car demain, quand ce bouton sera poussé, débutera la plus grande expérience de physique jamais tentée. A la frontière franco-suisse, 5 000 chercheurs sont au chevet du LHC, un gigantesque anneau de 27 kilomètres creusé à 100 mètres sous terre. Dans ces tunnels sans fin, des aimants géants refroidis à moins 271 degrés et des capteurs immenses, cathédrales ultra complexes de cuivre et d’acier. L’un d’eux pèse près de 11 000 tonnes. Le tout pour 4 milliards d’euros, c’est le prix à payer pour sonder les plus intimes secrets de notre univers. Toute la matière autour de nous, comme ce joli tournesol, est composée de molécules. Chaque molécule est un assemblage d’atomes liés entre eux. Dans chaque atome en fait, on trouve essentiellement, hé bien, du vide, et heureusement quelques électrons qui tournent autour d’un noyau. Dans le noyau, il y a des protons et des neutrons. Et dans ces protons et ces neutrons, on trouve des particules élémentaires, trois quarks, qui mesurent 0,18 zéros [1 mètre], nous sommes dans le règne de l’infiniment petit. Dans l’anneau, les chercheurs vont accélérer des protons à la vitesse de la lumière pour ensuite les faire se percuter. Certaines de ces collisions créeront de nouvelles particules et parmi elles, le Graal des physiciens, le fameux Bozon de Higgs, mais ce n’est pas tout.
Michel Spiro
Ces collisions reproduisent en laboratoire, sur un tout petit volume, les conditions d’énergie et de densité et de température qui régnaient aux tout premiers instants après le Big Bang.
Nicolas Châteauneuf
Autrement dit, on remonte aux premiers instants de l’univers, et cela, ça fait peur. Une association américaine craint la formation d’un trou noir qui engloutirait la Terre et ses habitants. La fin du monde est-elle pour demain ?
Bruno Mansoulie
Si on est capable de le créer, il va aussi être capable de s’évaporer et en un instant extrêmement court et il n’y a absolument aucun risque.
Nicolas Châteauneuf
Percer les secrets de la matière pour remonter aux origines de l’univers, c’est en fait le vertigineux défi qui se joue dans ces longs couloirs souterrains.

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