Le Grand Collisionneur de Hadrons est de retour, et il est deux fois plus fort

Après deux ans de travaux, le plus grand accélérateur de particules du monde a redémarré ce mercredi. Grâce à son énergie accrue, les scientifiques espèrent résoudre les plus grandes énigmes de la physique.

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03 Juin 2015, 4:25pm

Collisions vues par le détecteur CMS. Image via CMS / CERN

Le plus grand accélérateur de particules du monde, le Large Hadron Collider (LHC) — ou Grand Collisonneur de Hadrons — a redémarré ce mercredi pour une nouvelle phase d'expérimentation inédite qui doit durer trois ans, afin d'étudier et peut être résoudre les principales interrogations des physiciens.

Exploité par le Cern, l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire, le LHC est principalement composé d'un anneau de 26 kilomètres de circonférence, situé à 100 mètres de profondeur, sous la frontière franco-suisse, près de Genève.

Dans ce gigantesque anneau, des milliards de protons (des particules présentes dans les atomes) sont accélérés à une vitesse proche de celle de la lumière et se heurtent entre eux avec une énergie telle que les physiciens peuvent analyser des phénomènes rares, qui aident à comprendre comment fonctionne la matière dans notre univers.

Chaque seconde, jusqu'à 600 millions de collisions peuvent être analysées, générant environ 10 gigabits de données informatiques, stockées et analysées par des dizaines de milliers d'ordinateurs à travers le monde.

Le LHC était en maintenance depuis février 2013. Il a redémarré progressivement depuis avril 2015, jusqu'à arriver à une énergie maximale de collision de 13 tera électron-volt (TeV), contre 8 TeV avant son arrêt.

Bertrand Laforge est professeur à l'Université Pierre et Marie Curie-Paris 6. C'est un physicien des particules français qui travaille auprès du LHC et qui a contribué à la principale découverte du LHC jusqu'ici : le boson de Higgs. Contacté ce mercredi par VICE News, il explique : « Ce nouveau 'run' du LHC va permettre de continuer à vérifier la pertinence du modèle actuel de la physique des particules mais peut-être aussi de révéler une physique inattendue grâce à l'énergie déployée. »

Prouver l'existence de ce boson de Higgs était l'une des priorités du LHC à sa mise en service en 2008. Bertrand Laforge résume : « Le boson de Higgs, c'est la particule permettant d'expliquer la masse d'autres particules. »

En juillet 2012, le Cern a annoncé la « découverte » du boson de Higgs, ce qui signifie, comme l'explique le Pr. Laforge, qu'il y avait « une chance sur trois millions pour que l'excès d'événements observé ne soit pas pas dû à une nouvelle particule ». Depuis les physiciens ont vérifié avec une grande précision que le boson prédit par le modèle de Higgs explique bien cet excès qui s'est accentué avec l'accumulation des données. 

En fait, les expériences du LHC consistent à mesurer la validité du modèle théorique progressivement établi au cours de l'histoire, ce qu'on appelle le « modèle standard ».

Le LHC avait donc déjà fait un pas de géant en montrant avec une quasi-certitude que ses données étaient compatibles avec le modèle standard. « Mais il reste encore beaucoup de choses à observer sur le boson de Higgs pour être en conformité avec le modèle, » tempère Bertrand Laforge.

Ce sera l'un des chantiers de ce LHC v.2.0.

Le Grand collisionneur a d'autres chantiers en cours tout aussi excitants, notamment la « supersymétrie » et l'observation de la matière noire.

« La supersymétrie consiste à établir un lien, que l'on suppose mais que l'on n'a pas observé, entre deux types de particules : celles qui constituent la matière et celles qui permettent les interactions entre ces dernières, » explique Bertrand Laforge. « Quant à la matière noire, on subodore son existence depuis les années 1930, car on s'est rendus compte d'un décalage entre les mouvements observés des étoiles dans les galaxies et celui prédit par la relativité générale d'Einstein. Donc soit Einstein avait tort, soit il existe autre chose que nous n'avons pas observée pour expliquer ce décalage : la matière noire. »

Selon les calculs, comme ceux de la Nasa, il existerait 5 à 7 fois plus de matière noire — invisible car elle ne renverrait pas la lumière — que de matière « normale ».

« Les expérimentations lancées à partir d'aujourd'hui vont peut-être pouvoir confirmer son existence, » explique Bertrand Laforge. « Mais on pourrait aussi trouver des choses totalement différentes. Et là on pourra dire : le modèle ne colle pas. Alors, un travail immense s'ouvrira à nous pour trouver un nouveau modèle compatible avec ce qu'on a mesuré. »

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Collisions vues par le détecteur CMS. Image via CMS / CERN