Un scientifique s'interroge sur une carte des conditions d'accès au Grand collisionneur de hadrons quelques jours seulement avant la première mise en service de l'énorme laboratoire souterrain en septembre 2008. Fabrice Coffrini/AFP/Getty Images Stephen Hawking a fait remarquer un jour que si nous voulions sauter dans le temps, cela aiderait si nous avions une machine comme le LHC qui pourrait nous accélérer à presque la vitesse de la lumière. Oui monsieur, le LHC est suffisamment impressionnant pour que Hawking le considère comme une option de transport dans le temps. Et il n'a certainement pas obtenu sa réputation pour rien :l'énorme accélérateur de particules a gagné ses galons lorsqu'il nous a fourni des preuves du boson de Higgs en 2012 et 2013. Trouver le Higgs dans le LHC a essentiellement confirmé le modèle standard de la physique, qui décrit les particules et les forces fondamentales dans l'univers. Pas un petit exploit.
Bien sûr, "petit" n'est pas un terme que nous associons habituellement au LHC, ou l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN) d'ailleurs. Considérez le complexe d'accélérateurs du CERN, qui est bien plus que le LHC. Si vous deviez simplement déverser des protons dans le LHC sans aucune étape préliminaire, il n'y aurait pas beaucoup d'expérimentation à proprement parler :vous ne devez pas seulement accélérer les protons avant qu'ils n'entrent dans le LHC, mais aussi les concentrer en faisceaux denses. Pour pouvoir faire ça, il y a quelques étapes à franchir avant qu'ils ne s'envolent vers leur destin violent dans le LHC [sources :LHC Facts, CERN] :
Et maintenant, nous y sommes :dans le vaste Grand collisionneur de hadrons. On dirait une belle grotte de cristal. (Je rigole, il ressemble à un illuminé, tunnel de métro d'une propreté obsessionnelle avec un tuyau géant qui le traverse.) Pourquoi de si petits morceaux de matière à peine ont-ils besoin d'un si grand espace pour se déplacer?
La première réponse est un peu décevante :nous avons commencé par utiliser le LHC parce qu'il était déjà là. Le CERN possédait un précédent accélérateur (le Grand collisionneur électron-positon) qui occupait initialement l'espace, et c'était si grand pour accueillir les collisions d'électrons et de positrons (vous l'aurez deviné !). Alors pourquoi le LEP était-il de cette taille ou même construit à 328 pieds (100 mètres) sous terre ?
Il a été construit sous terre pour une raison assez basique :il s'est avéré moins coûteux de creuser simplement un tunnel que d'acheter un terrain et d'atténuer les impacts environnementaux [source :CERN]. (Il devait également avoir une légère pente pour minimiser les coûts résultant de la mise en place de puits verticaux.) aussi:La dame avait besoin d'un bel ensemble de courbes.
Les courbes arrondies du LHC sont nécessaires à cette accélération si importante pour nos amis particules. Tout commence avec les lois du mouvement de Newton, qui dit qu'une particule (ou quoi que ce soit, d'ailleurs - sans jeu de mots) se déplacera à une vitesse constante à moins qu'une force n'agisse dessus. Qu'est-ce que ça veut dire? Cette particule se déplacera en ligne droite à la même vitesse à moins qu'il n'y ait quelque chose utilisé pour les accélérer.
Et ce "quelque chose" est la courbe de l'accélérateur circulaire. Contrairement à un accélérateur linéaire -- où les particules se déplacent en ligne droite -- un accélérateur circulaire permet aux particules d'obtenir de l'énergie à chaque fois [source :The Particle Adventure]. (Les énormes aimants qui dirigent les protons n'ajoutent pas d'énergie, mais le champ électrique s'ajoute à l'accélération.) Un accélérateur circulaire laissera les protons tourner et tourner, gagner de l'énergie, tout en permettant également aux particules de se heurter à plusieurs points - un accélérateur linéaire, bien sûr, n'aurait qu'un point de collision, à la fin.
Répondre à la raison pour laquelle le LHC est circulaire peut sembler n'avoir rien à voir avec sa taille, mais c'est lié. Une piste de course plus petite pour les protons signifierait qu'ils devraient accélérer davantage pour s'adapter aux courbes plus nettes, et perdrait plus d'énergie -- et donc la collision ne serait pas aussi forte [source :Butterworth]. Un grand rayon est donc nécessaire pour que l'énergie des particules soit suffisamment élevée pour à la fois accélérer et créer des collisions.
Et ne pensez pas que tous les scientifiques soient satisfaits de la taille du LHC actuel. Il y a de sérieuses considérations en cours pour construire une piste de 62 miles (100 kilomètres) qui fournira un parcours encore plus énergique pour les collisions de particules [source:Pease]. Gardez à l'esprit que plus l'énergie obtenue est élevée, plus les particules qui peuvent être trouvées sont massives - un moyen important d'identifier de nouveaux insaisissables, particules lourdes [source :Reich].
Sûr, c'est un peu hors sujet, mais je pense que nous voulons tous savoir :que se passerait-il si nous tombions dans le LHC pendant que les faisceaux de protons exerçaient leur magie ? Personne n'est tout à fait sûr, mais c'est une bonne supposition que vous auriez un trou dans votre corps, et peut-être un cône d'impact d'explosion de protons, également.
