Le LHC sort enfin de son sommeil hivernal !

Des faisceaux de protons circulent à nouveau dans le LHC (le Grand collisionneur de hadrons) et, dans quelque temps, ils seront utilisés pour réaliser des collisions. La luminosité ne fera que croître en 2016 alors, avec ces faisceaux, les physiciens entendent bien découvrir de nouvelles particules. L’objectif : éclairer certaines des plus grandes énigmes de la physique et de la cosmologie.

Lorsque l’on cherche à découvrir des processus de production de particules rares, il devient nécessaire d’augmenter le nombre de collisions que l’on peut effectuer chaque seconde avec un accélérateur de particules.

On peut comparer la situation avec la prise d’une photographie. En effet, si l’on ne fait entrer qu’un grain de lumière par heure dans un appareil photo – fut-il très sophistiqué et capable de faire des images à haute résolution –, un simple portrait pourrait prendre bien plus que des mois à réaliser. De la même manière, il ne serait pas très motivant de travailler avec un accélérateur dont la luminosité des faisceaux – c’est-à-dire la possibilité de produire un certain nombre de collisions par seconde – ne permettrait en moyenne d’observer la naissance d’une nouvelle particule qu’une fois par siècle ou par millénaire (sans parler du problème de trouver un financement).

La première saison d’exploitation des collisions de protons avec le LHC (le Grand collisionneur de hadrons), encore appelée le Run I, a permis de découvrir le boson de Brout-Englert-Higgs. Cependant, on espère toujours faire la découverte de particules qui ne rentrent pas dans le cadre du modèle standard en physique, notamment parce qu’elles pourraient être des particules de matière noire.

LHC CERN

Le LHC, le plus puissant collisionneur de particules jamais réalisé par l’Homme (Source : CERN).

Apparemment, pour y parvenir – si les physiciens sont sur la bonne piste –, il faudrait augmenter l’énergie portée par les protons lors des collisions car ces particules sont plus massives que ce que l’on attendait.

En effet, cette énergie se répartissant de façon aléatoire sur les quarks à l’intérieur des protons – et comme Einstein nous a appris qu’il faut de l’énergie pour avoir de la masse –, il est déjà possible que l’on n’ait pas observé de nouvelle particules parce qu’en général, le seuil de production n’est jamais ou très rarement atteint par les collisions entre quarks.

Par ailleurs, augmenter l’énergie peut aussi augmenter la probabilité de production de ces particules selon les lois de la mécanique quantique. En tout état de cause, il faut également faire augmenter la luminosité pour la raison mentionnée précédemment.

Il a fallu plusieurs années pour que les membres du CERN « upgradent » le LHC afin d’atteindre des énergies plus élevées (en l’occurrence pouvoir faire des collisions à 13 TeV) et augmenter la luminosité des faisceaux de protons. Une première étape sur cette voie leur avait permis de débuter le Run II en 2015. Les analyses des données déjà collectées laissent penser que l’on est peut-être sur le point de découvrir un nouveau boson. Toutefois, comme dans le cas du Run I, le LHC a dû faire une pause pendant l’hiver et c’est pourquoi il a été mis à l’arrêt en décembre 2015.

Les ingénieurs et physiciens ont mis à profit cette pause pour commencer à rendre leur machine plus performante et, vendredi 25 mars 2016, le plus puissant collisionneur de particules jamais réalisé par l’Homme s’est à nouveau éveillé. On n’en est pas encore à la prise de données ; des tests ainsi que des réglages vont se poursuivre jusqu’à ce que l’on obtienne des faisceaux dit stables. L’objectif à atteindre cette année est en tout cas ambitieux.

Les physiciens ont une sorte d’unité de mesure pour exprimer le nombre de collisions réalisées avec des faisceaux de particules. Ils parlent de « femtobarn inverse » qu’ils notent fb-1 et qui correspond environ à 80 millions de millions de collisions. La saison 2015 avait permis de produire 4 fb-1. En 2016, ils veulent atteindre 25 fb-1. Croisons les doigts pour qu’une découverte aussi spectaculaire que celle des ondes gravitationnelles avec Ligo se produise !

Source : Futura-Sciences

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