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Posté par Adrien le Lundi 16/10/2017 à 00:00
Une gorgée de xénon pour le LHC
Le LHC goûte à un breuvage un peu particulier. Pendant huit heures, le Grand collisionneur de hadrons accélère et fait entrer en collision des noyaux de xénon. Les grandes expériences du LHC, ATLAS, ALICE, CMS et LHCb, enregistrent donc pour la première fois des collisions de xénon.


Une collision entre deux ions de xénon enregistrée par le détecteur ALICE. (Image: ALICE/CERN)

Le xénon est un gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à occuper...) noble, présent en quantités infimes dans notre atmosphère, et dont les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie...) comportent 54 protons et de 70 à 80 neutrons suivant les isotopes. Les collisions de xénon dans le LHC (54 protons et 75 neutrons) s'apparentent donc à des collisions d'ions lourds, comme le LHC en réalise régulièrement. Habituellement, ce sont des noyaux de plomb (Le plomb est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Pb et de numéro atomique 82. Le mot et le symbole viennent du latin plumbum.), plus massifs, qui sont utilisés. « Mais nous avions une exploitation prévue avec des noyaux de xénon pour l'expérience NA61/SHINE à cible fixe auprès du SPS (Supersynchrotron à protons), explique Reyes Alemany Fernandez, responsable de l'exploitation avec les ions lourds. On en a donc profité pour réaliser une courte exploitation avec du xénon dans le LHC. »« C'est une chance unique, à la fois d'explorer les possibilités du LHC avec un nouveau type de faisceau et d'obtenir de nouveaux résultats de physique », souligne John Jowett, physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de l'univers et les forces qui les relient. Le mot physicien dérive du grec, qui connaît...) responsable des faisceaux d'ions lourds au LHC.

Et, qui sait, cette exploitation inédite pourrait réserver de belles surprises. « Les expériences vont réaliser le même type d'analyses avec les ions de xénon qu'avec les ions de plomb, mais les noyaux de xénon étant moins massifs, la géométrie de la collision diffère », explique Jamie Boyd, coordinateur du programme du LHC, chargé de la liaison entre les équipes du LHC et celles des expériences. Les collisions d'ions lourds permettent aux physiciens d'étudier le plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées (d'ions et d'électrons). Le...) quark-gluon, un état de la matière qui aurait existé brièvement juste après le Big Bang (Le Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années, ainsi que l’ensemble des modèles...). Dans cette soupe primordiale extrêmement dense et chaude, les quarks et les gluons circulaient librement, sans être confinés par la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale »...) forte dans les protons et neutrons, comme c'est le cas dans notre Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) actuel.

Passer des protons au xénon n'est cependant pas une mince affaire. Depuis le début de l'année, une équipe prépare l'exploitation du complexe d'accélérateurs avec le xénon. Les atomes du gaz sont accélérés et dépouillés de leurs 54 électrons dans quatre accélérateurs successifs, avant d'être lancés dans le LHC. « Le nombre de paquets et la fréquence de révolution varie beaucoup entre les protons et les noyaux de xénon, explique Reyes Alemany Fernandez. L'une des difficultés est le réglage et la synchronisation des systèmes de radiofréquence des accélérateurs. »

Après ces quelques heures (L'heure est une unité de mesure  :) dans le LHC, des noyaux de xénon continueront leur course (Course : Ce mot a plusieurs sens, ayant tous un rapport avec le mouvement.) dans le complexe d'accélérateurs, mais jusqu'au SPS. Durant huit semaines en effet, le SPS alimentera en ions xénon l'expérience NA61/SHINE, qui étudie également le plasma quark-gluon, mais de manière complémentaire aux analyses menées par les expériences du LHC. NA61/SHINE s'intéresse plus particulièrement au point (Graphie) de « déconfinement », seuil d'énergie de collision à partir duquel la création du plasma quark-gluon serait possible. NA61/SHINE effectue ainsi un balayage en énergie de collision avec des ions de masses différentes. Après le plomb, le béryllium et l'argon, c'est au tour du xénon d'entrer en piste.

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Source: Corinne Pralavorio - Copyright CERN
 
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