LHC pour les nuls.

[MavericK]

En quelques mots

Notre compréhension de l’Univers est sur le point de changer…

Le Grand collisionneur de hadrons (LHC) est un gigantesque instrument scientifique situé près de Genève, à cheval sur la frontière franco-suisse, à environ 100 mètres sous terre. C’est un accélérateur de particules, avec lequel les physiciens vont étudier les plus petites particules connues : les composants fondamentaux de la matière. Le LHC va révolutionner notre compréhension du monde, de l’infiniment petit, à l'intérieur des atomes, à l’infiniment grand de l’Univers.
Deux faisceaux de particules subatomiques de la famille des « hadrons » (des protons ou des ions de plomb) circuleront en sens inverse à l’intérieur de l’accélérateur circulaire, emmagasinant de l’énergie à chaque tour. En faisant entrer en collision frontale les deux faisceaux à une vitesse proche de celle de la lumière et à de très hautes énergies, le LHC va recréer les conditions qui existaient juste après le Big Bang. Des équipes de physiciens du monde entier analyseront les particules issues de ces collisions en utilisant des détecteurs spéciaux.
Il existe de nombreuses théories quant aux résultats de ces collisions. Les physiciens s’attendent en tous cas à une nouvelle ère de physique, apportant de nouvelles connaissances sur le fonctionnement de l’Univers. Pendant des décennies, les physiciens se sont appuyés sur le modèle standard de la physique des particules pour essayer de comprendre les lois fondamentales de la Nature. Mais ce modèle est insuffisant. Les données expérimentales obtenues grâce aux énergies très élevées du LHC permettront de repousser les frontières du savoir, mettant au défi ceux qui cherchent à confirmer les théories actuelles et ceux qui rêvent à de nouveaux paradigmes.



CERN

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why ?

Pourquoi le LHC

Quelques questions sans réponse...

Le LHC a été construit pour aider les scientifiques à répondre à certaines questions essentielles de la physique des particules qui restent sans réponse. L’énergie sans précédent qu’il atteindra pourrait même révéler des résultats tout à fait inattendus.
Pendant les dernières décennies, les physiciens ont pu décrire de plus en plus précisément les particules fondamentales qui constituent l’Univers, ainsi que leurs interactions. Cette compréhension de l’Univers constitue le modèle standard de la physique des particules. Or, ce dernier présente des failles et n’explique pas tout. »Pour combler ces lacunes, les scientifiques ont besoin de données expérimentales, et c’est le LHC qui va permettre de franchir la prochaine étape.

L’œuvre inachevée de Newton : qu’est-ce que la masse ?

D’où vient la masse ? Pourquoi ces minuscules particules ont-elles la masse qui leur est propre ? Pourquoi certaines particules n’en ont-elles pas ? La question fait l'objet de débats. L’explication la plus plausible pourrait être le rôle du boson de Higgs, une particule » essentielle à la cohérence du modèle standard. Théorisée pour la première fois en 1964, cette particule n’a encore jamais été observée.
Les expériences ATLAS et CMS traqueront les signes de cette particule.

Un problème invisible : de quoi est constitué 96% de l’Univers ?

Tout ce que nous voyons dans l’Univers, des fourmis aux galaxies, est constitué de particules ordinaires. Ces particules sont collectivement appelées matière, et elles forment 4% de l’Univers. On pense que le reste de l’Univers est constitué de matière noire et d’énergie sombre, mais celles-ci sont malheureusement difficiles à détecter et à étudier, si ce n’est à travers les forces gravitationnelles qu’elles exercent. L’exploration de la nature de la matière noire et de l’énergie sombre est l’un des plus grands défis de la physique des particules et de la cosmologie d’aujourd’hui.
Les expériences ATLAS et CMS chercheront des particules supersymétriques afin de tester une hypothèse plausible sur la nature de la matière noire.

Le favoritisme de la Nature : pourquoi n’y a-t-il plus d’antimatière ?

Nous vivons dans un monde fait de matière : tout dans l’Univers, nous y compris, est constitué de matière. L’antimatière est comme la sœur jumelle de la matière, mais avec une charge électrique opposée. Lors du Big Bang qui a marqué la naissance de l’Univers, matière et antimatière ont normalement été produites en quantités égales. Cependant, lorsque des particules de matière et d’antimatière se rencontrent, elles s’annihilent mutuellement et se transforment en énergie. D’une façon ou d’une autre, une infime fraction de matière a dû persister pour former l’Univers dans lequel nous vivons aujourd’hui, et dans lequel il ne subsiste pratiquement pas d’antimatière. Pourquoi la Nature semble-t-elle avoir une préférence pour la matière au détriment de l’antimatière ?
L’expérience LHCb cherchera les différences entre matière et antimatière et contribuera à répondre à cette question. De précédentes expériences ont déjà révélé une légère différence de comportement, mais ce qui a été observé jusqu’à présent est loin de suffire à expliquer l’apparent déséquilibre matière-antimatière dans l’Univers.

Les secrets du Big Bang : à quoi ressemblait la matière dans les premiers instants de l’Univers ?

La matière aurait comme point d’origine un cocktail chaud et dense de particules fondamentales, formé une fraction de seconde après le Big Bang. Les physiciens pensent qu’il y avait à cet instant plus de sortes de particules fondamentales qu’il n’en reste aujourd’hui.
Afin d’étudier les particules qui n’existent plus, l’expérience ALICE utilisera le LHC pour recréer des conditions similaires à celles qui régnaient juste après le Big Bang. Le détecteur ALICE a été spécialement conçu pour analyser un état particulier de la matière, appelé plasma de quarks et de gluons, que l’on pense avoir existé juste après la création de l’Univers.

Des mondes cachés : y a-t-il vraiment d’autres dimensions ?

Einstein a démontré que les trois dimensions de l’espace sont liées au temps. Des théories plus récentes proposent l’existence d’autres dimensions spatiales cachées ; la théorie des cordes, par exemple, postule l’existence de six dimensions spatiales supplémentaires qui n’auraient encore jamais été observées. Celles-ci pourraient être détectées à de très hautes énergies ; c’est pourquoi les données recueillies par tous les détecteurs seront soigneusement analysées afin de repérer toute trace d’autres dimensions.



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Danger ?

Securité du LHC

Le Grand collisionneur de hadrons (LHC) pourra parvenir à une énergie jamais atteinte à ce jour dans un accélérateur de particules. Cependant, cette énergie restera inférieure à celle que produit couramment la Nature dans les collisions de rayons cosmiques. Des études sont menées depuis de nombreuses années pour répondre aux inquiétudes sur ce que pourraient engendrer des collisions de particules à des énergies aussi élevées. À la lumière de nouvelles données expérimentales et des connaissances théoriques actuelles, le LHC Safety Assessment Group (le LSAG – le Groupe d’évaluation de la sécurité des collisions du LHC) a réactualisé l'analyse menée en 2003 par le LHC Safety Study Group (Groupe d'étude sur la sécurité du LHC), un groupe de scientifiques indépendants.
Le LSAG reprend à son compte et prolonge les conclusions du rapport de 2003 : les collisions produites au LHC ne présentent aucun danger et il n’y a pas lieu de s’inquiéter. Le LHC ne fera en fait que reproduire des phénomènes qui se sont produits naturellement bien des fois depuis la naissance de la Terre et des autres corps célestes. Le Comité des directives scientifiques du CERN, un groupe de scientifiques extérieurs donnant des avis au Conseil du CERN, l'organe de tutelle de l’Organisation, a examiné et avalisé le rapport du LSAG.
Les principaux éléments du rapport du LSAG sont récapitulés ci-dessous. Pour davantage de détails, il convient de consulter directement le document et les articles scientifiques spécialisés auxquels il se réfère.

Les rayons cosmiques

Le LHC, comme d’autres accélérateurs de particules, recréera dans des conditions de laboratoire maîtrisées les phénomènes naturels que sont les rayons cosmiques, ce qui permettra de les étudier plus en détail. Les rayons cosmiques sont des particules produites dans l’espace extra-atmosphérique, dont certaines atteignent des énergies très supérieures à celle du LHC. L’énergie de ces rayons et la fréquence avec laquelle ils atteignent l’atmosphère terrestre font l’objet de mesures expérimentales depuis 70 ans. Au cours des derniers milliards d'années, la Nature a déjà produit sur Terre autant de collisions qu'en généreraient un million d'expériences LHC, et la planète est toujours là. Les astronomes observent une multitude de corps célestes plus grands que la Terre, disséminés dans l'Univers, qui sont tous, eux aussi, percutés par des rayons cosmiques. Pris dans son ensemble, l’Univers est le théâtre de plus que dix mille milliards de collisions du type LHC à chaque seconde. La possibilité que ces collisions aient de dangereuses conséquences est incompatible avec les observations des astronomes : les étoiles et les galaxies sont toujours là.

Les trous noirs microscopiques

Des trous noirs se forment dans la Nature lorsque certaines étoiles, beaucoup plus volumineuses que le Soleil, s’effondrent sur elles-mêmes à la fin de leur vie. Elles concentrent une énorme quantité de matière en un très petit espace. Les conjectures sur la création d’éventuels trous noirs microscopiques au LHC se réfèrent aux particules produites lors de collisions entre deux protons possédant chacun une énergie comparable à celle d’un moustique en plein vol. Les trous noirs de l’espace sont beaucoup plus lourds que tout ce qui pourrait être produit au LHC.
Les propriétés bien établies de la gravité, décrites par la relativité d’Einstein, excluent que des trous noirs microscopiques puissent être produits au LHC. Quelques théories de type spéculatif prédisent toutefois la production de telles particules au LHC. Toutes ces théories prévoient que de telles particules se désintégreraient aussitôt. Ainsi, ces trous noirs n’auraient pas le temps d’amorcer l’accrétion de matière et resteraient sans effets macroscopiques.
De plus, bien que l’apparition de trous noirs microscopiques stables ne soit pas prévue théoriquement, l’étude des conséquences de leur production par des rayons cosmiques montre leur caractère inoffensif. Les collisions qui interviendront au LHC et celles qui interviennent entre des rayons cosmiques et des corps célestes tels que la Terre diffèrent par le fait que les nouvelles particules produites lors des collisions LHC tendront à se déplacer plus lentement que celles que font naître les rayons cosmiques. Des trous noirs stables pourraient être soit chargés électriquement, soit neutres. S’ils étaient chargés, ils interagiraient avec la matière ordinaire et seraient arrêtés en traversant le globe terrestre, et cela qu’ils proviennent des rayons cosmiques ou du LHC. Le fait que la Terre existe encore exclut la possibilité que les rayons cosmiques ou le LHC puissent produire des micro-trous noirs chargés dangereux. Si des trous noirs microscopiques stables étaient dépourvus de charge électrique, leurs interactions avec la Terre seraient très faibles. Ceux que produiraient les rayons cosmiques traverseraient le globe terrestre pour poursuivre leur course dans l’espace sans occasionner aucun dommage, et ceux qui viendraient du LHC pourraient demeurer sur la Terre. De toute façon, il existe des corps célestes beaucoup plus volumineux et beaucoup plus denses que la Terre dans l’Univers. Des trous noirs produits lors de collisions de rayons cosmiques avec des corps célestes tels que des étoiles à neutrons et des naines blanches seraient arrêtés. La pérennité de ces corps denses, et de la Terre, exclut la possibilité que le LHC puisse produire des trous noirs dangereux.

Les « strangelets »

On appelle « strangelet » un hypothétique bloc microscopique de « matière étrange », contenant à parts presque égales les particules appelées quarks up, down et étranges. D’après la plupart des travaux théoriques, la matière étrange devrait se muer en matière ordinaire en l’espace d’un millième de millionième de seconde. Mais les strangelets pourraient-il se combiner avec de la matière ordinaire pour la transformer en matière étrange ? La question a été posée pour la première fois avant le lancement du Collisionneur d’ions lourds relativistes (RHIC), en l’an 2000 aux États-Unis. Une étude menée à l’époque a établi qu’il n’y avait pas lieu de s’inquiéter et le RHIC fonctionne maintenant depuis huit ans sans qu’aucun strangelet ait été déniché. Le LHC accélérera parfois des faisceaux de noyaux lourds, tout comme le RHIC. Les faisceaux du LHC seront dotés de davantage d’énergie, mais cela ne fera que diminuer les probabilités de voir se former des strangelets. Aux hautes températures produite par ces collisionneurs, l’accrétion de matière étrange est plus difficile, tout comme de la glace ne se forme pas dans de l’eau chaude. De plus, les quarks seront plus dilués au LHC qu’au RHIC, ce qui rend l'accrétion de matière étrange plus difficile. Ainsi, les strangelets risquent moins d’être produits au LHC qu’au RHIC et l’expérience acquise au RHIC a déjà confirmé que les strangelets ne pouvaient pas être produits.

Les bulles de vide

Selon certaines conjectures, l'Univers ne se trouverait pas dans sa configuration la plus stable et des perturbations causées par le LHC pourraient le faire basculer dans un état plus stable, appelé « bulle de vide » où nous ne pourrions pas exister. Si le LHC peut produire cet effet, les rayons cosmiques le peuvent aussi. Comme aucune de ces bulles de vide n’a été produite dans l’univers visible, elles ne seront pas produites au LHC.

Les monopôles magnétiques

Les monopôles magnétiques sont des particules hypothétiques possédant une charge magnétique unique, soit nord, soit sud. Selon certaines théories, s’ils existaient, les monopôles magnétiques pourraient entraîner la désintégration des protons. Selon ces mêmes théories, ces monopôles seraient toutefois trop lourds pour être produits au LHC. Par ailleurs, si les monopôles magnétiques étaient suffisamment légers pour apparaître au LHC, les rayons cosmiques qui viennent heurter l’atmosphère terrestre en produiraient déjà et la Terre ferait très efficacement obstacle à leur course et les piégerait. Le fait que la Terre et d’autres corps célestes continuent d’exister exclut donc la possibilité que de dangereux monopôles magnétiques mangeurs de protons puissent être assez légers pour être produits au LHC.



Source et plus de details (CERN)

[MavericK]

Superlatifs

Faits et chiffres

La plus grande machine du monde...

La circonférence exacte du LHC est de 26 659 m, et la machine contient un total de 9300 aimants. Non seulement le LHC est le plus grand accélérateur de particules du monde, mais rien qu’un huitième de son système de distribution cryogénique constituerait le plus grand frigo de la planète. Tous les aimants seront prérefroidis à -193,2°C (80 K) à l’aide de 10 080 tonnes d'azote liquide, avant d'être remplis de près de 60 tonnes d'hélium liquide qui les portera à -271,3°C (1,9 K).

Le circuit le plus rapide de la planète...

À pleine puissance, des trillions de protons, lancés à 99,99% de la vitesse de la lumière, vont effectuer 11 245 fois le tour de l’accélérateur par seconde. Deux faisceaux de protons voyageront chacun à une énergie maximum de 7 TeV (teraélectronvolts), permettant ainsi des collisions frontales de 14 TeV. Cela donnera lieu à quelque 600 millions de collisions par seconde.

L’espace le plus vide du système solaire...

Afin d’éviter des collisions avec les molécules de gaz présentes dans l’accélérateur, les faisceaux de particules voyagent dans une cavité aussi vide que l’espace interplanétaire, ce qu'on appelle l’ultravide. La pression interne du LHC est de 10-13 atm, ce qui est dix fois inférieur à la pression régnant sur la Lune.

Les points les plus chauds de la galaxie dans un anneau plus froid que l'espace intersidéral...

Le LHC est la machine des températures extrêmes. Lorsque deux faisceaux de protons entrent en collision, ils génèrent, dans un espace minuscule, des températures plus de 100 000 fois supérieures à celles qui règnent au centre du Soleil. A l’opposé, le système de distribution cryogénique, qui alimente l’anneau de l’accélérateur en hélium superfluide, garde le LHC à une température de -271,3°C (1,9 K), plus froide que l'espace intersidéral.

Les détecteurs les plus grands et les plus performants jamais construits...

Pour sélectionner et enregistrer les données les plus intéressantes parmi ces millions de collisions, physiciens et ingénieurs ont construit de gigantesques appareils qui mesurent les traces de particules avec des précisions de l’ordre du micron. »Les détecteurs du LHC tels qu’ATLAS ou CMS sont équipés de systèmes électroniques de déclenchement qui mesurent le temps de passage d’une particule à quelques milliardièmes de seconde près. Le système de déclenchement enregistre également la position des particules au millionième de mètre. La rapidité et la précision de ces systèmes sont essentielles si l’on veut être certain qu’une particule enregistrée dans différentes couches du détecteur est bel et bien la même.

L’ordinateur le plus puissant du monde...

Les données enregistrées par chacune des grandes expériences du LHC pourraient remplir environ 100 000 DVD double couche par année. Afin de permettre à quelque 7000 physiciens du monde entier de participer à l'analyse des données pendant les 15 prochaines années (la durée de vie estimée du LHC), des dizaines de milliers d’ordinateurs dispersés sur la planète seront exploités dans le cadre d’un réseau informatique décentralisé appelé la Grille.

Le guide du LHC

Plus d’informations, de faits et de chiffres dans le guide « CERN FAQ – Guide du LHC ».

[MavericK]

Best of the best

.. et le LHC en rap, ca donne ca

[lamia14]

Salem

Bijour Maverick,

j'allais te poser la question hier sur les éventuels risque et danger du LHC mais tu m'as devancé . Personnellement, je trouve leur argument pas très convainquants, car ils ne savent pas exactement ce qui sera produit ni comme l'univers fonctionne réellement, rabi yehfad we khlass


Ps: à cause de tes articles sur le LHC j'arrivais pas à me concentrer sur ma prière du soir, à chaque fois je me retrouve entrain de penser à lui

[MavericK]

Bonjour Lam,

Personnellement, je trouve leur argument pas très convainquants, car ils ne savent pas exactement ce qui sera produit ni comme l'univers fonctionne réellement, rabi yehfad we khlass

disons qu'il y a des arguments plus précis que ceux que j'ai poste.. qui avaient pour but une consommation rapide (mais saine).
...sinon y'a le rapport complet !

à cause de tes articles sur le LHC j'arrivais pas à me concentrer sur ma prière du soir, à chaque fois je me retrouve entrain de penser à lui

haha.. desole !
mais si tu fais abstraction des détails techniques.. tes "pensées" deviennent "méditation" .

t'as ecoute le rap ?

[lamia14]

t'as ecoute le rap ?

je crois que ça a déjà était posté sur e forum je l'ai écouté il y a quelque jours.

j'ai pas regardé le rapport complet, mais je présume qu'il est très long et compliqué à comprendre (je jetterai un coup d'oeil après )

HS: En lisant les détails sur la précision ça m'a rappelé les TP de physique nucléaire (assez basique) je n'ai jamais obtenu le bon résultat, je mettais les points d'impacte en me basant sur des calculs théoriques (tricheuse )

[Zakia]

Qu'est-ce que la supersymétrie?

J'ai été voir sur google mais c'est assez hermétique pour moi

[MavericK]

Salaam Zakia, desole pour le retard.

Je ne pourrais etre moins hermetique , helas.
La notion etant tout aussi hermetique pour de nombreux physiciens hors physiciens de particules.

En quelques mots, c'est une nouvelle symetrie qui associe a chaque boson (particule de spin entier) un fermion (particule de spin demi entier) et vice versa.
ceci permet de resoudre certains problemes, notamment d'ordre esthetiqe.


Mais, bon.. faudrait definir Spin , Particule, Symetrie..


ps.
On nomme les nouvelles particules : Super Particules.
par convention, on rajoute (en general) un 's' avant le nom d'une particule connue (du Modele Standard). Ainsi le super partenaire de l'electron est le : selectron, celui du quark top le: stop...

et celui du monde (world) ??
t'as compris ma 'localisation' maintenant !

[Zakia]

salam MavericK

t'as compris ma 'localisation' maintenant !

C'est même tout ce que j'ai à peu près compris

Pour le reste, je vais rester humble. Surtout, s'il s'agit de notions hermétiques même à des physiciens.

[darwish]

Revue de la sécurité des collisions au LHC

Salaam,

Ceci n'est pas un troll, j'ai juste la flemme de chercher le poste où nous avions déjà discuté de la sécurité du LHC au CERN.
Je mets ici un lien directe vers le rapport du commité de sécurité du LHC, mais cette fois-ci l'étude a été publiée dans The Journal of Physics G. L'article complet est accessible en ligne et reste gratuit pour le plaisir de FAistes.

Cliquez ici.

N.B. J'aimerais bien que mes articles soient publiés aussi rapidement.