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Posté par Adrien le Vendredi 04/05/2018 à 00:00
La campagne de prise de données 2018 a commencé au LHC
Samedi 28 avril 2018, les opérateurs du Grand collisionneur de hadrons (LHC) sont parvenus à injecter 1 200 paquets de protons dans la machine et à les faire entrer en collision, marquant ainsi formellement le début de la saison de physique 2018. Le début de l'exploitation pour la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) arrive donc quelques jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure locale) et sa...) plus tôt que prévu, dans la foulée du réveil impressionnant du LHC depuis la fin de son hibernation (L’hibernation est un état d’hypothermie régulée, durant plusieurs jours ou semaines qui permet aux animaux de conserver leur énergie pendant l’hiver. Durant...) annuelle, il y a tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) juste un mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.). Début avril, un petit nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de paquets ont été injectés dans l'anneau afin de produire des collisions d'essai à l'intérieur des quatre grandes expériences LHC. Ces expériences - ALICE, ATLAS, CMS et LHCb - ont à présent véritablement commencé à enregistrer des 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.), qu'elles utiliseront pour continuer de mesurer les propriétés du Modèle standard de la physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants élémentaires de la matière et les rayonnements, ainsi que leurs interactions. On...) et pour chercher des failles dans son armure.


Une collision enregistrée par LHCb le 28 avril, après le début officiel de la prise de données de cette année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) (Image : LHCb/CERN)

Le Modèle standard fournit la meilleure explication existante des propriétés de toutes les particules connues et des trois forces qui régissent leur comportement : la force électromagnétique (La force électromagnétique est, avec la force de gravitation, l'interaction faible, et l'interaction forte, l'une des quatre forces fondamentales de la physique. Lorsque l'on tient compte de la mécanique quantique la force...), 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 » équivalent au courage (cf. les articles « force (vertu) »...) faible et la force forte. Mais nous savons que ce modèle ne nous dit pas tout sur notre Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.). Il ne concerne en effet que 5 % du contenu de l'Univers : on estime que les 95 % restant sont constitués de 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...) et d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) noire, des mystères pour lesquels le Modèle standard n'a pas d'explication. En outre, il ne fournit pas de moyen de concilier la gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) avec les trois autres forces.

Les physiciens des particules travaillant sur les expériences LHC cherchent des explications pour combler ces lacunes, dans deux directions principales. D'une part, ils examinent de plus près divers phénomènes prédits par le Modèle standard en guettant la présence de différences subtiles entre les prédictions et les mesures. D'autre part, ils cherchent des particules ou des phénomènes encore inobservés. Ces deux types de recherches, qui visent la physique au-delà du Modèle standard, exigent d'immenses quantités de données afin de voir un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont...) potentiel se détacher des phénomènes attendus constituant le bruit de fond (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.). Les expériences LHC espèrent par conséquent que le LHC continuera d'honorer la tradition consistant à dépasser le volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) de données de l'année précédente.

ATLAS et CMS, les deux détecteurs " polyvalents ", continueront de sonder les propriétés du boson de Higgs (Le boson de Higgs est une particule élémentaire dont l'existence a été proposée en 1964 par Gerry Guralnik, C.R. Hagen, et Tom Kibble; Robert Brout et François Englert (et nommé « boson scalaire...), qu'ils ont découvert en juillet 2012. Cette particule est le dernier outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la simplification des actions entreprises, par...) à avoir rejoint la panoplie utilisée par les physiciens des particules pour sonder les propriétés de la nature. Depuis sa découverte, les physiciens ont étudié son comportement et ses interactions avec les autres particules ; leurs 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...) ont jusqu'ici montré une bonne correspondance (La correspondance est un échange de courrier généralement prolongé sur une longue période. Le terme désigne des échanges de courrier personnels plutôt qu'administratifs.) avec le Modèle standard. Les recherches se poursuivront aussi en ce qui concerne les partenaires supersymétriques des bosons et des fermions connus, dont l'existence est prédite par une série de théories appelées collectivement supersymétrie ; ceux-ci pourraient nous fournir un candidat pour une particule de 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...) noire. Les expériences ATLAS, CMS et LHCb cherchent également des indices sur la matière noire dans d'autres directions ; elles puiseront pour cela, à mesure qu'elles avancent dans leur exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.), dans le butin de données à venir, qui s'ajoute à celui déjà amassé.

LHCb continuera entre autres de rechercher une solution au problème de l'asymétrie (L'asymétrie est l’absence de symétrie, ou son inverse. Dans la nature, les crabes violonistes en sont des exemples spectaculaires.) entre matière et antimatière (L'antimatière est l'ensemble des antiparticules des particules composant la matière classique — celle dont est faite la Terre. Le...), car le Modèle standard n'a pas d'explication adéquate pour la grande quantité de matière (La quantité de matière est une grandeur de comptage d'entités chimiques ou physiques élémentaires. L'unité qui lui correspond est la mole.) observée dans l'Univers. Lorsque la matière s'est formée, pendant 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...), celle-ci aurait en effet dû être accompagnée d'une quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de choses.) égale d'antimatière ; chaque paire (On dit qu'un ensemble E est une paire lorsqu'il est formé de deux éléments distincts a et b, et il s'écrit alors :) matière-antimatière aurait alors dû s'annihiler au moment d'entrer en contact. Nous aurions alors un Univers sans étoiles, et sans être humains pour les observer.

ALICE, l'expérience LHC spécialisée dans la physique des ions lourds, se concentre sur les collisions de 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.) afin d'étudier l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) forte et le plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées (d'ions et d'électrons). Le plasma quark-gluon est un plasma qui constituerait les grandes étoiles à...) quarks-gluons, un état de la matière (Bien que le concept de phase soit simple, il est difficile de le définir précisément. Une bonne définition de la phase d'un système est « une région de l'espace des...) qui aurait prévalu pendant les premiers instants de l'Univers. ALICE enregistrera toutefois aussi des collisions proton-proton afin de poursuivre ses recherches sur les propriétés des événements contenant un grand nombre de particules produites en même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) ainsi que d'obtenir une référence avec laquelle comparer les collisions plomb-plomb.

Les opérateurs du LHC continueront de faire augmenter le nombre de paquets dans la machine, et viseront à atteindre un total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple : "Le total des dettes". En physique le...) de 2 556 paquets. Cela les aidera à remplir l'objectif consistant à fournir cette année 60 femtobarns inverses (fb^-1) de données proton-proton à ATLAS comme à CMS, soit 20 % de plus que les 50 fb^-1 atteints en 2017. Pour l'expliquer simplement, chaque femtobarn inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x = 1, si 1 désigne...) peut correspondre à jusqu'à 100 millions de millions (10^14) de collisions entre des protons. L'exploitation proton-proton sera suivie par la première exploitation avec des ions lourds depuis 2016 ; le LHC accélérera et fera entrer en collision des noyaux de plomb à la fin de l'année.

Il s'agit de la dernière année de collisions avant que le LHC entre dans le deuxième long arrêt, période d'hibernation qui durera jusqu'au printemps 2021 et pendant laquelle la machine et les expériences feront l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette...) d'améliorations. Les quatre expériences espèrent par conséquent pousser au maximum l'efficacité de leur prise de données, afin de pouvoir effectuer une multitude d'analyses et fournir de nouveaux résultats pendant les deux ans de l'arrêt en utilisant les données de grande qualité enregistrées cette année.

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Source: Achintya Rao - Copyright CERN