Ce que les physiciens voient lorsqu'ils observent des collisions de particules ne ressemble en rien à cette reproduction. Hemera/ThinkStock Vous vous souvenez quand le Grand collisionneur de hadrons - cet énorme broyeur de particules situé profondément sous terre dans la campagne pastorale suisse - a démarré pour la première fois en 2008 ? Rappelez-vous comment il a détruit tout notre univers en créant un trou noir qui nous a engloutis en entier et nous a engloutis directement dans l'apocalypse ?
Ou peut-être que vous ne vous en souvenez pas.
Vous pensez peut-être à cette époque où le LHC a démarré à la suite d'un battage médiatique incessant sur la façon dont il pourrait détruire la planète. Mais alors, ça a démarré, et tu as mangé un sandwich à la dinde pour le déjeuner et tu as eu une contravention de stationnement ce jour-là. Le monde, il semblait, a continué.
Alors mettons juste une chose de côté avant de plonger dans le monde passionnant des collisions de particules :tout comme ce premier jour du premier faisceau était pour le non-physicien typique, ils ne sont pas si excitants.
Maintenant, avant que les physiciens de fauteuil et les vrais physiciens ne s'énervent, reconnaissons que, bien sûr, les collisions de particules sont passionnantes d'un point de vue fondamental, niveau universel. Les collisions de particules sont l'équivalent pour les physiciens de saisir l'univers et de le frapper sur la tête, demander si cette chose est allumée. En étudiant les collisions de particules, nous pouvons évaluer non seulement ce qui a pu se produire juste après la naissance de notre univers, mais nous pouvons juger de la façon dont les éléments primaires de la matière fonctionnent et interagissent.
En d'autres termes :c'est un gros problème.
Et encore. Malgré tous les discours sur l'accélération et l'écrasement, sur les protons voyageant presque à la vitesse de la lumière, à propos de collisions si monumentales que les gens pensaient qu'elles nous déchireraient tous en lambeaux ... ce que les scientifiques voient vraiment ne ressemble en rien aux 30 derniers fougueux, minutes destructrices de votre blockbuster d'été typique. Pas même si l'on tient compte du fait qu'il y a 600 millions de collisions par seconde lorsque la chose est allumée [source :CERN].
Ce n'est pas seulement l'anticlimax de tout ce bavardage de fin du monde qui ne se déroule pas. C'est ce que les physiciens voient lorsque des protons entrent en collision s'avère être... des données.
Être juste, c'est beaucoup, beaucoup de données. Alors que ce serait génial si les physiciens regardaient un écran qui montrait des protons éclatant comme des feux d'artifice - illuminés avec des étiquettes comme "muon!" ou "Higgs!" pour s'identifier facilement - ce sont vraiment les chiffres et les représentations graphiques collectés par les détecteurs qui "montrent" aux physiciens ce qui se passe lors des collisions.
Les physiciens recherchent de nombreuses données différentes lorsqu'ils étudient les collisions de particules. Cela signifie qu'il n'y a pas qu'un seul signal à surveiller - ou même qu'un seul type de détecteur à mesurer. Au lieu, ils s'appuient sur plusieurs types de détecteurs différents pour leur donner des indices sur ce qu'ils observent.
D'abord, ils regardent où vont les particules produites lors de la collision de protons. Un dispositif de suivi peut immédiatement leur faire savoir quelques choses comme la charge de la particule (le positif se pliera dans un sens, négatif l'autre) ou la quantité de mouvement de la particule (la quantité de mouvement élevée va en ligne droite, spirales basses serrées). Souviens-toi maintenant, ils ne regardent pas la trace réelle d'une particule. Au lieu, ils regardent les signaux électriques qu'un ordinateur a enregistrés, qui peut être représenté graphiquement en une reproduction du chemin [source :CERN].
Un dispositif de suivi ne captera pas les particules neutres, ils sont donc identifiés dans un calorimètre à la place. Un calorimètre mesure l'énergie lorsque les particules sont arrêtées et absorbées. Ils peuvent dire aux physiciens des choses assez spécifiques, puisqu'un certain type de calorimètre mesure les électrons et les photons, tandis qu'un autre est sur le cas des protons et des pions [source :CERN]. La détection des rayonnements mesure également la vitesse des particules. Les physiciens étudient tous ces petits identifiants pour déterminer ce qui arrive aux particules pendant et peu après une collision.
Tous ces outils et les preuves qu'ils recueillent sont ce que les scientifiques observent pour déterminer ce qui s'est passé lors d'une collision. Après ça, il est temps d'enquêter sur tout résultat étrange ou significatif qu'ils rencontrent. Un bon exemple en est la découverte du boson de Higgs, une minuscule particule qui imprègne l'univers, ajouter de la masse aux particules. Les physiciens ont étudié les ensembles de données des collisions pour voir si le champ de Higgs tirerait une particule de rechange (un boson de Higgs) lorsque deux protons seraient écrasés. L'idée était un peu comme regarder deux ruisseaux d'eau serpenter à travers une plage de sable :mais s'ils s'écrasaient soudainement, un grain de sable pourrait se soulever.
Ce grain de sable n'était pas un flash sur l'écran. Au lieu, il s'agissait de données soigneusement tracées recueillies à partir de nombreuses collisions. Ces chiffres étaient, dans une certaine mesure, probabilités mathématiques. D'autres expériences ont déterminé où nous devions chercher pour trouver l'équivalent en masse (et donc l'existence) du Higgs [source :Preuss].
Les scientifiques savaient aussi que si le Higgs existait, il devait agir de quelques manières spécifiques (comme la façon dont il se désintégrait en d'autres particules). Ainsi, lorsqu'ils ont vu un excès d'événements au-delà de ce qui était prédit sur un graphique de données, ils étaient excités – et ils pouvaient commencer à juger si le signal qu'ils voyaient dans les données était quelque chose de nouveau [source :CERN]. Dans le cas du Higgs, c'était.
Donc, non - les physiciens des particules ne voient pas de trous noirs ou même de mini-big bangs lorsque des collisions se produisent. Ce qu'ils voient à la place, c'est la preuve que certaines particules ont explosé pendant le smash, et des données qui indiquent que ce qu'ils ont vu faisait partie d'un modèle prévisible plus large - ou s'ils ont encore plus de chance, un tout nouveau chemin de découverte.
Bien qu'il soit formidable de voir une incroyable "collision" à l'écran, puis de voir apparaître une particule verte au néon qui n'a jamais été repérée auparavant, ne négligez pas à quel point cela doit être excitant pour les physiciens des particules en réalité. Obtenir tout un tas de données qui pointe vers quelque chose de spectaculaire doit être passionnant, dans son droit, même si cela ne signifie pas qu'une particule vous fait signe sur grand écran.
