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Posté par Adrien le Mardi 12/09/2017 à 00:00
Rencontre entre physique des particules et ondes gravitationnelles
Qu'y a-t-il en commun entre les ondes gravitationnelles (des ondulations du tissu spatio-temporel causées par des processus énergétiques violents dans l'Univers) et la physique des particules ? À première vue, pas grand-chose. Cependant, le 1er septembre, des scientifiques de la communauté étudiant les ondes gravitationnelles et du CERN se sont réunis afin d'identifier les technologies qui pourraient être utilisées dans les deux domaines.


Les ondes gravitationnelles émises pendant la fusion de deux trous noirs. (Crédit photo : S. Ossokine, A. Buonanno, Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) Max Planck pour la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de...) gravitationnelle, projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et...) Simulating eXtreme Spacetime, et D. Steinhauser, Airborne Hydro Mapping GmbH)

À l'heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il...) où le CERN travaille en vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) d'une amélioration importante du Grand collisionneur (Un collisionneur est un type d'accélérateur de particules mettant en jeu des faisceaux dirigés de particules élémentaires.) de hadrons (LHC), le LHC à haute luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.), les scientifiques du domaine des ondes gravitationnelles envisagent eux aussi des améliorations majeures des installations existantes. Celles-ci permettront d'élargir la fenêtre (En architecture et construction, une fenêtre est une baie, une ouverture dans un mur ou un pan incliné de toiture, avec ou sans vitres.) qui a été ouverte sur l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) en février 2016, lorsque les collaborations LIGO (LIGO (pour Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) est un projet d'interféromètre américain, destiné à détecter les ondes gravitationnelles.) (Observatoire d'ondes gravitationnelles à interféromètre laser) et Virgo ont annoncé la première détection d'ondes gravitationnelles, attendue de longue date : celle-ci a en effet eu lieu 100 ans après que leur existence a été prédite par Einstein dans la relativité générale (La relativité générale, fondée sur le principe de covariance générale qui étend le principe de relativité aux référentiels non-inertiels, est une...), sa théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur l’observation ou...) sur la gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.).

Les ondes gravitationnelles ont été détectées au moyen de grands " interféromètres ". Ces tubes en forme de " L ", dont les " bras " mesurent 4 km, contiennent une série de miroirs et de lasers sensibles à la moindre distorsion de l'appareil causée par le passage d'une onde gravitationnelle (Dans le cadre de la relativité générale les ondes gravitationnelles sont définies comme les perturbations de la métrique qui du point de vue des équations d'Einstein sont découplées des perturbations...). La communauté étudiant les ondes gravitationnelles s'intéresse aujourd'hui à plusieurs technologies dans le but d'améliorer la sensibilité des observatoires actuels.

La R&D sur les technologies et les efforts de conception pour les détecteurs d'ondes gravitationnelles de troisième génération peuvent présenter des recoupements intéressants avec les compétences du CERN ainsi qu'avec ses possibles orientations futures ", explique Barry Barish, de l'Institut de technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) de Californie, l'un des fondateurs de l'expérience LIGO.

Les interféromètres de la prochaine génération pourraient avoir des bras beaucoup plus longs, être situés sous terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des...) afin de réduire le bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation auditive.) sismique, ou être refroidis à des températures cryogéniques afin de réduire l'interférence (En mécanique ondulatoire, on parle d'interférences lorsque deux ondes de même type se rencontrent et interagissent l'une avec l'autre. Ce phénomène...) thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents...). Les connaissances spécialisées dans les domaines du vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.), de la cryogénie (La cryogénie est l'étude et la production des basses températures (inférieures à -150 °C) dans le but de comprendre les phénomènes physiques qui s'y manifestent. Elle possède de très nombreuses applications notamment dans le...) et des systèmes de contrôle-commande sont par conséquent d'une grande importance, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) comme la capacité de gérer de grands volumes de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.). Le CERN peut aussi fournir des conseils sur la manière d'organiser les grandes collaborations internationales nécessaires pour concevoir, construire et exploiter les observatoires d'ondes gravitationnelles de demain.

Des observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir...) plus précises des empreintes gravitationnelles des phénomènes les plus énergétiques de notre Univers peuvent aussi aider le CERN à progresser dans la compréhension des constituants fondamentaux de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La...). Par exemple, les collisions de trous noirs ou d'étoiles à neutrons et les explosions de supernovas pourraient faire la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge)....) sur certaines questions en suspens, notamment celles concernant la nature de la matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre) désigne la matière apparemment indétectable, invoquée pour rendre compte d'effets inattendus, notamment au sujet des galaxies. Différentes hypothèses ont été émises et explorées sur...), les limites de la validité de la relativité générale et le comportement de la matière à des densités et des pressions extrêmes.

Dans l'ensemble, nous avons eu un échange d'idées bénéfique, qui a ouvert la porte à l'exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) de nouvelles possibilités de travaux conjoints et de synergies ", conclut Barry Barish.

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Source: Stefania Pandolfi - Copyright CERN