Le grand collisionneur de hadrons a 10 ans: voici pourquoi il est plus important que jamais

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LHC : le Grand Collisionneur #09 Science

LHC : le Grand Collisionneur #09 Science

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Anonim

Dix ans! Dix ans après le début des opérations du grand collisionneur de hadrons (LHC), l’une des machines les plus complexes jamais créées. Le LHC est le plus grand accélérateur de particules au monde, enfoui à 100 mètres sous la campagne française et suisse et mesure 17 km de circonférence.

Le 10 septembre 2008, des protons, le centre d'un atome d'hydrogène, ont été distribués pour la première fois autour de l'accélérateur du LHC. L’enthousiasme n’a toutefois pas duré, car le 22 septembre, un incident a endommagé plus de 50 des plus de 6 000 aimants du LHC, indispensables au maintien des protons sur leur trajectoire circulaire. Les réparations ont pris plus d'un an, mais en mars 2010, le LHC a commencé à entrer en collision avec des protons. Le LHC est le joyau du CERN, le laboratoire européen de physique des particules créé après la Seconde Guerre mondiale dans le but de réunir et de reconstruire la science dans une Europe déchirée par la guerre. Des scientifiques de six continents et de 100 pays y mènent actuellement des expériences.

Vous vous demandez peut-être ce que fait le LHC et pourquoi c'est un gros problème. Excellentes questions. Le LHC entre en collision avec deux faisceaux de protons aux plus hautes énergies jamais atteintes en laboratoire. Six expériences situées autour de l'anneau de 17 milles étudient les résultats de ces collisions avec des détecteurs massifs construits dans des cavernes souterraines. C’est le quoi, mais pourquoi? L’objectif est de comprendre la nature des éléments constitutifs les plus fondamentaux de l’univers et la manière dont ils interagissent les uns avec les autres. C'est la science fondamentale à la base.

Le LHC n'a pas déçu.Parmi les découvertes faites avec le LHC, on compte le très recherché boson de Higgs, prédit en 1964 par des scientifiques travaillant pour associer les théories de deux des forces fondamentales de la nature.

Je travaille sur l'une des six expériences LHC - l'expérience Compact Muon Solenoid conçue pour découvrir le boson de Higgs et rechercher des signes de particules ou de forces auparavant inconnues. Mon établissement, la Florida State University, a rejoint la collaboration Compact Muon Solenoid en 1994, alors que j'étais jeune étudiant diplômé dans une autre école, travaillant sur une expérience différente dans un autre laboratoire. La planification du LHC remonte à 1984. Le LHC était difficile à construire et coûteux - 10 milliards d’euros - et a mis 24 ans à se concrétiser. Nous célébrons maintenant le dixième anniversaire de la mise en service du LHC.

Découvertes du LHC

La découverte la plus significative à venir du LHC est la découverte du boson de Higgs le 4 juillet 2012. L'annonce a été faite au CERN et a séduit un public mondial. En fait, ma femme et moi l'avons regardé via une diffusion Web sur notre téléviseur grand écran dans notre salon. Comme l'annonce a été annoncée à 3 heures du matin en Floride, nous avons décidé de célébrer les pancakes à l'IHOP.

Le boson de Higgs était le dernier élément de ce que nous appelons le modèle standard de la physique des particules. Cette théorie couvre toutes les particules fondamentales connues - 17 d'entre elles - et trois des quatre forces par lesquelles elles interagissent, bien que la gravité ne soit pas encore incluse. Le modèle standard est une théorie incroyablement bien testée. Deux des six scientifiques qui ont développé la partie du modèle standard qui prédit le boson de Higgs ont remporté le prix Nobel en 2013.

On me demande souvent pourquoi nous continuons à faire des expériences en écrasant des protons si nous avons déjà découvert le boson de Higgs. N'est-ce pas fait? Eh bien, il reste encore beaucoup à comprendre. Il y a un certain nombre de questions auxquelles le modèle standard ne répond pas. Par exemple, des études sur les galaxies et autres structures à grande échelle dans l'univers indiquent qu'il y a beaucoup plus de matière que nous n'en observons. Nous appelons cette matière noire puisque nous ne pouvons pas la voir. L'explication la plus commune à ce jour est que la matière noire est composée d'une particule inconnue. Les physiciens espèrent que le LHC pourra produire et étudier cette particule mystérieuse. Ce serait une découverte incroyable.

Pas plus tard que la semaine dernière, les collaborations ATLAS et Compact Muon Solenoid ont annoncé la première observation du boson de Higgs en train de se désintégrer ou de se décomposer en quarks du bas. Le boson de Higgs se désintègre de nombreuses manières différentes, certaines rares, certaines communes. Le modèle standard prévoit la fréquence à laquelle chaque type de décomposition se produit. Pour tester pleinement le modèle, nous devons observer toutes les désintégrations prévues. Notre observation récente est en accord avec le modèle standard - un autre succès.

Plus de questions, plus de réponses à venir

Il y a beaucoup d'autres énigmes dans l'univers et nous pouvons avoir besoin de nouvelles théories de la physique pour expliquer de tels phénomènes - telles que l'asymétrie matière / anti-matière pour expliquer pourquoi l'univers a plus de matière que l'anti-matière, ou le problème de hiérarchie pour comprendre pourquoi la gravité est tellement plus faible que les autres forces.

Mais pour moi, la recherche de nouvelles données inexpliquées est importante car chaque fois que les physiciens pensent que nous avons tout compris, la nature offre une surprise qui conduit à une compréhension plus profonde de notre monde.

Le LHC continue de tester le modèle standard de la physique des particules. Les scientifiques adorent quand la théorie correspond aux données. Mais nous en apprenons généralement plus quand ils ne le font pas. Cela signifie que nous ne comprenons pas bien ce qui se passe. Pour beaucoup d’entre nous, c’est l’objectif futur du LHC: découvrir des preuves de quelque chose que nous ne comprenons pas. Il y a des milliers de théories prédisant une nouvelle physique que nous n'avons pas observées. Qui ont raison? Nous avons besoin d'une découverte pour savoir si certaines sont correctes.

Le CERN prévoit de poursuivre ses activités sur le LHC pendant longtemps. Nous prévoyons de moderniser l'accélérateur et les détecteurs pour lui permettre de fonctionner jusqu'en 2035. On ne sait pas qui va prendre sa retraite en premier, le LHC ou moi-même. Il y a dix ans, nous attendions impatiemment les premiers faisceaux de protons. Nous sommes maintenant occupés à étudier une mine de données et espérons une surprise qui nous mènera sur une nouvelle voie. Nous attendons avec impatience les 20 prochaines années.

Cet article a été publié à l'origine sur The Conversation par Todd Adams. Lisez l'article original ici.

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