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Attention, collisions !

Les accélérateurs de particules
11/12/2015
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Enfoui 100 mètres sous terre à la frontière franco-suisse, se trouve un tunnel de 27 km de circonférence. Celui-ci abrite le LHC, le plus grand accélérateur de particules au monde qui permet aux physiciens d’étudier d’infimes particules invisibles même avec le microscope le plus puissant !

Le principe : accélérer des faisceaux de particules pour provoquer de fortes collisions à la suite desquelles les scientifiques pourront observer les particules étudiées et leurs interactions avec la matière. Cela est impossible dans un laboratoire classique et nécessite un instrument de physique particulier, un accélérateur de particule. Il en existe un grand nombre à travers le monde, mais seulement une centaine sort du lot par la taille impressionnante de leurs installations comme le « Grand collisionneur de hadrons » (LHC) du CERN (Organisation européenne pour la recherche nucléaire).

Dans l’accélérateur, deux faisceaux de particules circulent en sens opposé à une vitesse proche de celle de la lumière, soit de 300 000 km/s ! Elles effectuent 11 245 tours en une seule seconde. Incroyable ! Pour cela, plus de 9000 aimants permettent de diriger les particules chargées électriquement dans la bonne direction. Il ne s’agit pas d’aimants comme ceux que tu poses sur ton frigidaire. Ceux-là sont refroidis à -271,3 °C (une température plus basse que celle de l’espace intersidéral) avec de l’azote liquide pour les rendre supraconducteurs, c’est-à-dire qu’ils n’opposent aucune résistance. Les particules circulent aussi dans le vide pour ne pas être freinées par l’air.

Les physiciens commandent l’accélérateur de particules depuis un centre de contrôle au CERN. À un moment bien précis, ils décident de faire heurter les deux faisceaux de particules dans un des quatre immenses détecteurs.   Atlas, le plus grand des détecteurs du LHC mesure 25 mètres de haut et 46 mètres de long ! D’après le CERN, la précision de cette manipulation est comparable à celle « (…) qu’il faudrait pour faire se percuter deux aiguilles lancées à 10 km de distance ». Les chercheurs guettent sur leurs écrans les nouvelles particules issues de ces collisions, jusqu’à 600 millions ont lieu par secondes. Mais de telles découvertes, comme celle du Boson de Higgs, n’arrivent pas tous les jours.

Comment une collision peut-elle former de la matière ? En circulant à de très grandes vitesses, les particules acquièrent de l’énergie. Vitesse de la lumière, masse, énergie cela ne te rappelle rien ? La célèbre équation d’Einstein E=mc2 (E pour énergie, m pour masse et c pour vitesse de la lumière) : l’énergie peut se transformer en masse, donc en matière !

Alors que cette chasse aux particules pourrait améliorer la compréhension de notre Univers, une petite partie de la population s’inquiète de la formation d’un trou noir qui aspirerait la planète. Certains physiciens pensent que les collisions pourraient générer des trous noirs microscopiques, mais bien incapables d’absorber la matière environnante.

 





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