Le LHC erar la physique
2008/04/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
Le remplacement d'une machine par une machine plus moderne est logique, mais dans ce cas, il s'agit d'un changement très courageux, l'accélérateur LEP, qui a été démonté comme le plus puissant du monde.
Et ils savaient qu'ils auraient besoin d'années pour les remplacer. À la fin, ils ont été sept et demi, et c'est beaucoup de temps pour la recherche. Dans la recherche sur la physique des particules ont été obligés de paralyser ou de suspendre de nombreux projets. Cela a retardé les plans de nombreux groupes. Il est à supposer que le nouvel accélérateur méritait ce retard.
Ce qu'ils attendent
On pense que l'accélérateur LHC compensera l'interruption : il est beaucoup mieux que le précédent, bien qu'il occupe physiquement la même place. Comme le même trou a été utilisé pour la nouvelle installation, la taille de celle-ci est égale à la PEO: Conduit circulaire d'environ 27 kilomètres. Il est situé sous la frontière entre la Suisse et la France, au sous-sol, à 50 mètres au point le plus haut et à 175 mètres au point le plus profond. C'est le même trou que l'ancienne LP, et pourtant, pour installer un nouveau détecteur puissant, ils ont dû étendre la place dans certaines zones proches de l'accélérateur. Cependant, il s'agit d'un tuyau de voyage essentiellement circulaire. Une paire de tubes est en fait deux parallèles qui se croisent en plusieurs points. Les physiciens accéléreront les particules dans les tubes et les écraseront aux intersections.
C'est le but d'un accélérateur : générer des collisions de grande énergie entre les particules. Les physiciens détecteront et analyseront les résultats des collisions pour étudier les particules originales. Et c'est la principale différence entre l'accélérateur ancien et le nouveau, le LHC a une capacité de production d'énergie beaucoup plus grande que l'ancien LEP.
Combien ? Il peut être mis en numéros. Les physiciens fournissent la donnée d'énergie produite par les accélérateurs en électron volts (eV). Un électron est l'énergie qui apporte le potentiel d'un volt à un électron. La plus grande énergie obtenue par l'accélérateur LEP était 209 GeV (209 milliards d'eV), et les experts estiment que le LHC atteindra 7 TeV (7 milliards d'eV). Cela signifie que les particules se heurteront à une énergie de 14 TeV.
Et avec cette énergie, quoi ? Car avec cette énergie ils feront des expériences qu'ils n'ont pas encore imaginé. Dans l'ancien LEP, des électrons et des particules similaires étaient accélérés (d'où le nom de Large Electron-Positron collider). Mais l'objectif du LHC est d'accélérer les protons. Cela demande beaucoup plus d'énergie, car les protons sont 1.836 fois plus lourds que les électrons. En fait, en plus des protons, ils accéléreront d'autres particules, mais de taille plus ou moins. Ce type de particules sont appelées hadrons, donc ils ont donné leur nom au LHC: Large Hadron Collider.
Boson Higgs
L'accélération du hadron jusqu'à l'énergie de 7 TeV a été un rêve jusqu'ici. Mais dès qu'ils l'ont vu possible, les physiciens commencent à inventer de nouvelles expériences. Ils savent parfaitement ce qu'ils vont faire avec le nouvel accélérateur, au moins à court terme.
Le premier objectif est de trouver une particule appelée boson Higgs. Aujourd'hui, presque personne n'écrit sur l'accélérateur LHC sans parler du boson Higgs. De même, personne ne sait si le boson Higgs existe ou non parce qu'il n'a jamais été détecté. Certains scientifiques disent oui, qu'il est apparu dans une série de chocs violents, mais que d'une certaine façon les chercheurs qui ont fait l'expérience n'ont pas réalisé parce qu'ils cherchaient d'autres particules. Cependant, ce débat est stérile pour le moment, entre autres parce qu'ils auront besoin d'un accélérateur LHC pour pouvoir démontrer si oui ou non. Par conséquent, on peut dire que pour le moment le boson Higgs n'a pas été détecté.
Mais il doit exister sur la base d'une hypothèse expliquant pourquoi la masse est meilleure. La détection du boson Higgs représente un grand pas dans la recherche de la physique des particules (certaines ne diraient pas « si le boson Higgs était détecté », mais « quand ils trouveront le boson Higgs », convaincus qu’ils le trouveront bientôt, même s’il est préférable d’être prudents).
En fait, de nombreux physiciens ont demandé que l'accélérateur LEP ne se ferme pas parce qu'ils étaient censés détecter le boson Higgs. La direction du CERN a été invitée à attendre un an. La direction leur a donné un mois pour détecter les indications que la particule Higgs serait vraiment détectée. Plus tard ce mois-ci, les physiciens ont dit oui, qu'ils avaient prouvé qu'ils étaient près de détecter, mais la direction du CERN leur a dit non. Et ils ont fermé l'accélérateur LEP.
En plus du boson Higgs
La recherche d'une particule ne satisfait pas l'envie d'expérimenter avec la physique moderne, même si c'est le boson Higgs. Et c'est que, malgré le boson Higgs, les physiciens ont de grandes attentes.
On pense qu'ils vont lancer des expériences qui répondent à de nombreuses questions de la physique de base. Pour chaque type d'expérience, un détecteur spécial (ou un groupe de détecteurs spéciaux) a été installé sur le LHC. Six installations ont été installées sur quatre points de collision. Ils ont été baptisés comme expériences et la plupart sont des installations géantes.
Ils cherchent des réponses aux questions de base. La recherche du boson Higgs peut aider à expliquer ce qu'est la masse. En outre, la charge électrique dans le LHC sera étudiée, car elle recherchera les composants de base des particules chargées et examinera les interactions entre elles. En outre, ils analyseront l'équilibre entre la matière et l'antituerie. Au début de l'univers, les deux ont été créées, mais pas dans les mêmes quantités; comme en se heurtant entre elles disparaissent, il est clair qu'il y avait plus de matière qu'antituerie; dans les collisions toute l'antituerie a disparu, mais il y avait quelque chose de matière, et c'est pourquoi nous existons. Ce processus sera étudié à travers l'accélérateur LHC, créant des protons, des antiprotons et se heurtant.
Ils répondront également à d'autres questions, qui pourraient ne pas être considérées comme fondamentales, mais qui ont acquis une grande importance dans la physique de ces dernières années. D'une part, ils étudieront les hypothèses de la matière et les énergies obscures de l'univers à travers le LHC. D'autre part, la théorie de la supersymétrie, à chacune des particules que nous connaissons correspond une particule symétrique (selon la théorie de la supersymétrie), car selon cette théorie ils sont tous deux nés dans l'explosion de Big Bang. Le LHC pourrait trouver ces "superparticules".
Enfin, le LHC accélérera les noyaux des atomes lourds pour provoquer des collisions entre eux. Cette expérience vise à créer un plasma de quarkes et de gluons, c'est-à-dire un mélange libre des particules élémentaires qui forment les protons. Ce mélange vous enseignera la force qui les unit.
Installations Installations
La recherche de ces petites particules nécessite un instrument très complexe, de sorte que tous les accélérateurs sont des outils très complexes. Et les grands accélérateurs ne sont pas un seul instrument, mais un ensemble d'outils. Ce LHC n'est pas un accélérateur mais cinq accélérateurs, l'un après l'autre. Il serait impossible que toute l'énergie à générer soit générée par un seul instrument, de sorte qu'elle sera réalisée de manière échelonnée.
Les protons seront accélérés par un accélérateur linéaire qui prendra une énergie de 50 MeV. De là, ils rejoignent l'accélérateur PSB ( Proton Synchrotron Booster ) qui atteint 1,4 GeV. D'ici à l'accélérateur PS ( Proton Synchrotron ); 26 GeV. D'ici à l'accélérateur SPS ( Super Proton Synchrotron ); 450 GeV. Et finalement, ils vont rejoindre l'accélérateur principal du LHC pour atteindre une énergie de 7 TeV. À ce stade, les protons se déplaceront presque à la vitesse de la lumière (environ 293.000 kilomètres par seconde).
Contrôler quelque chose qui bouge avec ces vitesses et énergies n'est pas facile. Dans les accélérateurs circulaires, pour que les particules effectuent le parcours précis, elles sont contrôlées par un champ magnétique, c'est-à-dire qu'elles se déplacent en cercle et non directement en avant, car un champ magnétique se dévie constamment. Et plus vite il bouge, plus l'espace est nécessaire pour dévier la particule.
Dans le cas du LHC, la vitesse et l'énergie des protons sont si élevées que la zone doit être très grande. L'utilisation d'électroaimants en matériau superconducteur (niobies recouvertes de cuivre avec des câbles en titane) est obligatoire. Les supraconducteurs ne fonctionnent qu'à des températures très basses. Les aimants doivent donc être refroidis à l'hélium liquide à 1,9 kelvin. Mais l'électricité qui passe par les câbles des électroaimants chauffe tout. Enfin, le système de refroidissement du LHC consommera plus d'énergie que les expériences.
Il met également en évidence le système d'induction sous vide. Dans la mesure du possible, toutes les particules ou molécules qui interfèrent doivent sortir du tube LHC. Il est impossible de l'extraire complètement, mais le système LHC permet qu'il n'y ait que 3 millions de molécules dans chaque centimètre cube.
Ils ont fait un grand effort technologique et ont dépensé beaucoup d'argent dans la préparation du LHC. Sans compter les détecteurs, un peu plus de 3.000 millions d'euros. Et après sept ans et demi d'attente, les physiciens commencent à être utilisés maintenant. Votre travail montrera si cela valait la peine d'attendre.
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