AFP, publié le lundi 04 juillet 2022 à 06h00
Dix ans après la découverte du boson de Higgs, le LHC du CERN, le plus grand et le plus puissant accélérateur de particules au monde, redémarrera mardi avec une énergie de collision record. Le but? Plongez un peu plus dans les secrets du matériau.
Le Large Hadron Collider (LHC) a été redémarré en avril, après un arrêt technique de trois ans, pour des travaux de maintenance et pour améliorer sa production et sa détection de particules.
Il fonctionnera à sa puissance de collision maximale de 13,6 billions d’électron-volts (TeV) pendant quatre ans, ont annoncé des responsables de l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN) lors d’une conférence de presse la semaine dernière.
Ses deux faisceaux de protons – les particules du noyau de l’atome -, accélérés à une vitesse proche de la vitesse de la lumière, circuleront en sens opposés dans l’anneau de 27 km, enfoui à 100 mètres sous terre à la frontière franco-suisse.
Les détecteurs de diverses expériences (notamment ATLAS, CMS, ALICE et LHCb), enregistreront alors les collisions de protons, qui produisent des particules éphémères qui expliquent le fonctionnement de la matière.
– 1,6 milliard de collisions par seconde –
« Nous visons un taux de 1,6 milliard de collisions proton-proton par seconde pour les expériences ATLAS et CMS », a déclaré jeudi Mike Lamont, directeur des accélérateurs et de la technologie au CERN.
Plus ces collisions sont violentes, plus elles permettent de « décomposer » les particules afin d’identifier leurs composants et leurs interactions.
Les faisceaux de protons seront concentrés pour atteindre des points d’interaction de taille microscopique, « 10 microns, pour augmenter le taux de collision » des protons, a expliqué Mike Lamont.
Le temple mondial de l’infiniment petit, construit en 2008, a conduit à la découverte du boson de Higgs, annoncée il y a exactement dix ans par Fabiola Gianotti, alors coordinatrice de l’expérience CMS et aujourd’hui directrice générale du CERN.
« Le boson de Higgs est lié à certaines des questions les plus profondes de la physique fondamentale, de la structure et de la forme de l’Univers à la façon dont les autres particules sont organisées », selon le chercheur.
Sa découverte a révolutionné la physique, confirmant la prédiction des chercheurs qui en avaient fait, près de 50 ans plus tôt, une pièce maîtresse du Modèle standard de la physique des particules (SM). Le boson de Higgs est la manifestation d’un champ, c’est-à-dire d’un espace, qui donne de la masse aux particules élémentaires qui composent la matière.
– Plus de secrets à livrer –
Les chercheurs ont pu l’éliminer en analysant environ 1,2 milliard de collisions de protons entre eux. La troisième exploitation du LHC qui s’ouvre mardi multipliera ce chiffre par vingt. « Il s’agit d’une augmentation significative qui ouvre la voie à de nouvelles découvertes », déclare Mike Lamont.
Car le boson de Higgs n’a pas livré tous ses secrets. A commencer par sa nature. « Est-ce une particule fondamentale ou un composé », c’est-à-dire un ensemble de particules diverses encore inconnues, interroge Joachim Mnich, directeur de la recherche et du calcul au CERN. Mieux, « est-ce la seule particule de Higgs existante ou y en a-t-il d’autres ? »
Des expériences antérieures ont permis de déterminer la masse du boson de Higgs mais aussi de découvrir plus de 60 particules composites prédites par le modèle standard, comme le tétraquark.
Mais comme le rappelle Gian Giudice, chef du département de physique théorique du CERN, « les particules ne sont que la manifestation d’un phénomène », alors que « le but de la physique des particules est de comprendre les principes fondamentaux de la nature ». Comme la nature de l’hypothétique matière noire ou de la non moins mystérieuse énergie noire.
Neuf expériences profiteront ainsi de la production de particules de l’accélérateur. Comme ALICE, qui étudie le plasma primordial de matière qui a régné dans les dix premières microsecondes après le Big Bang. Ou LHCf, qui simule les rayons cosmiques.
La prochaine étape du grand collisionneur viendra après la troisième pause, en 2029, avec son passage en « haute luminosité », qui multipliera par dix le nombre d’événements détectables.
Au-delà de cela, les chercheurs du CERN se tournent vers le projet Future Circular Collider (FCC), un anneau de 100 km dont l’étude de faisabilité est attendue d’ici la fin de 2025. « Ce sera la machine définitive pour étudier le boson de Higgs, qui est un boson très puissant. outil pour comprendre la physique fondamentale », a conclu Fabiola Gianotti.
pcl/juc/cel/fmp/pb
Cette stabilité se traduit par un remplissage complet de son enveloppe externe : son enveloppe externe est dite « saturée ». Quelques exemples : L’hélium (He) a un numéro atomique égal à 2 (Z=2) et a la structure électronique suivante : (K)²
Pourquoi un ion est accélère lorsqu’il passe dans l’interstice entre deux tubes ?
Cette tension crée un champ électrique axial dans les espaces entre les tubes. Ce champ accélère les particules présentes dans les trous. On peut considérer qu’à l’intérieur des tubes le champ est nul et que les particules s’y déplacent à vitesse constante. L’énergie finale dépend du nombre de tubes.
A quoi sert d’accélérer plusieurs fois des électrons ? En physique fondamentale, ils sont utilisés pour accélérer des faisceaux de particules chargées (électrons, positrons, protons, antiprotons, ions…) pour les faire entrer en collision et étudier les particules élémentaires générées lors de cette collision.
Pourquoi Faut-il accélérer les noyaux ?
Comme les ions ne se promènent pas dans l’air, ils doivent être synthétisés : ce sont des atomes qui ont perdu ou gagné des électrons, ce qui leur donne une charge électrique.
Pourquoi Faut-il accélérer les particules ?
Accélérez les particules aussi vite que possible pour ensuite provoquer des collisions sur une cible fixe ou entre elles. Parce que ? Pour mieux comprendre la constitution et les interactions de la matière qui nous entoure.
Comment fonctionne un accélérateur ?
Accélérer c’est augmenter la vitesse. Dans un accélérateur de particules, un faisceau de particules chargées électriquement, par exemple des électrons (charge électrique négative) ou des ions (charge électrique positive ou négative), est accéléré jusqu’à une certaine énergie.
Comment savoir si l’atome est stable ?
Les atomes sont stables lorsque le nombre de neutrons dans le noyau est approximativement égal au nombre de protons. Lorsqu’il y a un déséquilibre important entre le nombre de neutrons et de protons dans le noyau, l’atome devient instable.
Quel est l’atome le plus stable ? c’est du fer Au début de leur vie, les étoiles tirent leur énergie de la fusion de petits noyaux atomiques pour former des noyaux plus gros.
Comment justifier la stabilité de chaque atome dans chaque molécule ?
La stabilité d’une molécule est assurée par l’échange d’électrons entre chaque atome. Cet échange est modélisé par la liaison covalente. Le diagramme de Lewis est une notation conventionnelle pour représenter les atomes et les molécules.
Comment les atomes se stabilisent ?
Les atomes peuvent être stabilisés en adoptant la configuration électronique du gaz rare avec le numéro atomique le plus proche. Pour ce faire, ils perdent ou gagnent des électrons dans leur couche de valence et forment des ions monoatomiques (doc. 4).
Pourquoi accélérer des particules ?
Accélérez les particules aussi vite que possible pour ensuite provoquer des collisions sur une cible fixe ou entre elles. Parce que ? Pour mieux comprendre la constitution et les interactions de la matière qui nous entoure.
Pourquoi les cœurs devraient-ils être accélérés ? Comme les ions ne se promènent pas dans l’air, ils doivent être synthétisés : ce sont des atomes qui ont perdu ou gagné des électrons, ce qui leur donne une charge électrique.
Pourquoi les scientifiques font entrer les particules en collision ?
La production de nouvelles particules nécessite qu’une quantité d’énergie suffisante soit concentrée dans un espace minuscule, de sorte que l’énergie (E) soit convertie en masse (m) des particules, selon l’équation d’Einstein E=mc2. Dans un collisionneur, cela se fait en faisant entrer en collision deux particules.
Pourquoi accélérateur linéaire ?
Un accélérateur linéaire est un dispositif permettant d’accélérer des particules chargées afin de leur fournir une énergie cinétique importante pour produire des réactions avec la matière. Les particules accélérées peuvent être des électrons, des protons ou des ions lourds.