Voyage au centre de la matière
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Physique des particules

Portail de l’Académie suisse des sciences naturelles

Laurent Seematter (texte), Mark Henley (photos), 8 juin 2016

Quand nous arrivons dans la salle de contrôle du Large Hadron Collider (LHC), c’est comme si nous entrions dans la salle de commande d’une mission spatiale. Des dizaines de moniteurs affichent des graphiques en couleur et des séries de chiffres. Les scientifiques qui dirigent cette mission ont une lourde responsabilité: assurer le fonctionnement sûr et efficient du plus grand accélérateur de particules au monde. But de la mission: découvrir les constituants ultimes de la matière.

Le but de ces expériences: découvrir les lois de l’Univers en observant les réactions dans le microcosme des particules.

Dans les entrailles de l’accélérateur LHC

Dans un tunnel de 27 kilomètres de circonférence construit sous la campagne française aux portes de Genève, sous l’impulsion de puissants électroaimants, des protons circulant dans un anneau contenant deux tubes sous vide refroidis à -271,3°C atteignent des vitesses proches de celle de la lumière. Sur quatre sites installés dans des cavernes le long de l’accélérateur, six laboratoires enregistrent les phénomènes produits par les protons qui s’entrechoquent. Le but de ces expériences: découvrir les lois de l’Univers en observant les réactions dans le microcosme des particules.

Mike Lamont, responsable des opérations à l’accélérateur de particules LHC, devant une représentation graphique des installations du CERN.

Mike Lamont, responsable des opérations à l’accélérateur de particules LHC mène une conversation animée avec ses collègues. Mike est docteur en physique de l’Université de Liverpool et travaille depuis plus de 20 ans au CERN. Il a participé à la construction de l’accélérateur et le connaît comme sa propre poche. Aujourd’hui, le dispositif a subi un petit dérangement, chaque minute compte, avec ses collègues il doit rétablir le circuit des protons au plus vite pour que les expériences reprennent.

«C’est grâce à cette machine que nous avons pu démontrer en 2012 l’existence du boson de Higgs.»Hans Peter Beck, physicien

Son collègue, Georges-Henry Hemelsoet, ingénieur technicien d’exploitation, enchaîne en nous expliquant le diagramme qui apparaît sur l’un des nombreux moniteurs: «Toutes les informations en provenance de l’accélérateur sont traitées par des ordinateurs, qui contrôlent entre autres la position et la trajectoire des faisceaux de protons.»

Particules et imagerie médicale

Autre site, autre poste de commandement avec son alignement d’écrans scintillants. Derrière la baie vitrée du centre des visiteurs, quelques chercheurs pianotent sur les claviers de leurs ordinateurs. Depuis cette salle de contrôle, une équipe de scientifiques surveille ATLAS, une espèce de gigantesque «scanner» de 25 mètres de diamètre et 45 mètres de long destiné à détecter les particules produites par les collisions des faisceaux de protons circulant dans l’accélérateur LHC.

«C’est grâce à cette machine que nous avons pu démontrer en 2012 l’existence du boson de Higgs, qui avait été postulée dans les années soixante», nous explique Hans Peter Beck, professeur de physique à l’Université de Berne et membre de l’équipe de chercheurs d’ATLAS. Pour lui, les travaux de recherche fondamentale qui se déroulent ici valent amplement leur coût: «Même si les 10 milliards investis dans le super accélérateur paraissent énormes, ils permettent non seulement de mieux comprendre le fonctionnement de l’Univers, mais aussi de réaliser des avancées technologiques majeures.»

Le physicien Hans Peter Beck devant le bâtiment abritant le laboratoire ATLAS sur le site du CERN à Meyrin.

Exemple: l’imagerie médicale digitale à faible dose radiologique est une application directe des capteurs ultra sensibles élaborés dans les laboratoires du CERN. Il en va de même avec d’autres domaines de l’ingénierie de pointe tels que la supraconductivité, la cryogénie et l’informatique.

L’imagerie médicale digitale à faible dose radiologique est une application directe des capteurs ultra sensibles élaborés dans les laboratoires du CERN.

Bibliothèque digitale

Retour au bâtiment principal du CERN. Architecture pavillonnaire des années cinquante. Par des portes entrouvertes, on aperçoit des bureaux où s’amassent des piles de papier, dans d’autres, de petits groupes dissertent sur quelque équation encore insoluble. Nous traversons de longs couloirs, où règne une ambiance studieuse mais décontractée avant d’arriver à la bibliothèque dirigée par Jens Vigen.

Les anciens tiroirs du catalogue de la bibliothèque du CERN meublent le bureau de Jens Vigen, responsable de la bibliothèque.

Le Norvégien, 22 ans de service au CERN, nous ouvre la porte de son univers: «Sur les 90’000 titres de notre bibliothèque, les deux tiers existent aujourd’hui en version numérique. Quant aux versions papier des revues scientifiques, elles ont totalement disparu.» Rien d’étonnant à cette évolution puisque pour faciliter la communication entre les chercheurs, ce sont deux scientifiques du CERN, le physicien Tim Berners-Lee et l’ingénieur Robert Cailliau qui ont rendu possible la révolution digitale.

Au tournant des années nonante, des chercheurs du CERN ont créé les bases du World Wide Web en inventant le langage HTML et le protocole HTTP.

Au tournant des années nonante, ils ont créé les bases du World Wide Web en inventant le langage HTML et le protocole HTTP. Cela n’empêche pas la bibliothèque de rester un lieu de travail très prisé par les scientifiques. «Nos locaux sont ouverts 24 heures sur 24 et les chercheurs viennent volontiers ici pour y rencontrer leurs collègues», nous explique Jens Vigen. Internet ne remplace pas le contact humain, indispensable pour faire avancer la recherche.

La salle du grand ordinateur

Les laboratoires du CERN, avec leurs puissantes machineries à la quête de l’infiniment petit génèrent des quantités astronomiques de données. Les images digitales des collisions effectuées dans le LHC correspondent à une cinquantaine de pétaoctets chaque année, soit l’équivalent d’environ 15 millions de films haute définition.

Maite Barroso Lopez, adjointe au chef du département des technologies de l’information du CERN, nous guide dans le labyrinthe des ordinateurs.

Maite Barroso Lopez, diplômée en informatique de l’Ecole polytechnique de Madrid, depuis 2016 adjointe au chef du département des technologies de l’information du CERN, nous guide entre les centaines d’armoires où clignotent des myriades de diodes rouges et vertes: «En plus des milliers de processeurs basés ici au CERN, nous gérons une extension de notre centre de calcul installée près de Budapest, au centre de recherche pour la physique de Wigner.»

Les laboratoires du CERN, avec leurs puissantes machineries à la quête de l’infiniment petit génèrent des quantités astronomiques de données.

Mais ce n’est pas tout. L’ensemble des données réunies au CERN sont diffusées par internet à un réseau d’universités partenaires, qui stockent et analysent les résultats des expériences du LHC dans plus de 170 centres de calcul répartis dans une quarantaine de pays. Ce qui permet à plus de 10’000 physiciens partout dans le monde d’y avoir un accès quasi immédiat. Sur un écran, une application de Google Earth visualise les flux de données qui jaillissent du CERN et s’envolent pour les quatre coins du globe.

De la physique à la zumba

Une fois par semaine, avant de démarrer sa journée au département Engineering, Rachel Bray fait transpirer ses collègues aux rythmes de la zumba. «J’ai fait mes premières expériences avec les clubs de loisirs du CERN en me lançant sur les pistes de ski. C’était formidable pour me créer un réseau. Je n’avais personne à Genève en arrivant de l’Angleterre.»

Rachel Bray s’engage avec enthousiasme pour les clubs de loisirs du CERN.

Venant de tous les horizons, les collaboratrices et les collaborateurs du CERN représentent plus de cent nations. Ils partagent volontiers leurs passions avec des collègues ou des personnes intéressées habitant la région: des arts martiaux à la peinture en passant par l’énergie photovoltaïque, l’offre des clubs du CERN est à l’image des quelque 10’000 personnes travaillant sur ses différents sites: plurielle.

Venant de tous les horizons, les collaboratrices et les collaborateurs du CERN représentent plus de cent nations.

Le soleil, voilé par les nuages, s’apprête déjà à basculer derrière le dos brun du Jura. Dans l’accélérateur, les faisceaux de protons ont-ils repris leurs vertigineuses révolutions? A l’issue de notre périple au cœur du CERN, nos neurones sont en tout cas entrés en ébullition en essayant d’imaginer le feu d’artifice des particules s’entrechoquant sous nos pieds.

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