LHC : la physique à l'aube d'une nouvelle révolution ?

Qu’est-ce que la masse?Le projet LHC

Le LHC, le détecteur ATLAS

Particules, forces

Masse et énergie

Qu'est-ce que le vide ? Phénomène de Higgs

Difficultés expérimentales

Conclusions

T02

T2

Quelques points de repèreCentre Européen de Recherche Nucléaire (CERN)

Laboratoire européen de physique des particulesGenèveEnviron 10000 chercheurs du monde entier

Large Hadron Collider (LHC)Accélérateur / collisionneur27 km de circonférencesupraconducteur2 milliards d ’euros (hors tunnel)démarrage en 2007

ATLAS expérience au LHC1700 chercheurs et ingénieurs30 pays300 millions d ’eurosConception/construction : 10 ansExploitation : 10 ans

T04

Vue en coupe d ’un aimant du LHC

Les aimants supraconducteurs du LHC sont destinés à maintenir les protons sur une trajectoire circulaire.

Le détecteur ATLAS

T05

Éléments de détecteur Atlas

Trajectographes : chambres à pailles précision ~ 0,1 mm

Calorimètre : - arrêter la particule, mesurer son énergie et son point d’impact- la particule cède son énergie en interagissant avec le détecteur- une fraction est cédée par ionisation signal électrique mesurable

Micropistes de silicium précision : 0,01 à 0,02 mm

ATLAS

T7

Physique des particulesPréjugé de simplicité et d’universalitéTout l’univers est un assemblage (complexe) d’éléments simplesAntiquité : 4 éléments eau, air, terre, feu1800-1850 : de plus en plus d’éléments simples

Progrès décisif : classification “ périodique ” (D. Mendeleiev, 1869)Ranger par poids atomique croissant. Colonne : ~ mêmes propriétés chimiques

Révélateur de lois plus générales…

Tous les atomes ont la même structure :

Noyau (Z protons + N neutrons)

Z électrons qui “ gravitent ” autour du noyau

Tableau périodique des éléments

T09

Les constituants élémentaires de la matière

T10

Les quatre interactions de la nature sont décrites par l ’échange de particules

Masse, énergieF = m a

accélération (variation de vitesse)masse : mesure l’inertie du systèmeForce

“Beaucoup” de particules “grande” masseMAIS : pourquoi une particule “élémentaire” a-t-elle une masse ?

E = mc2 Equivalence masse-énergie (Einstein, 1905)

Vitesse de la lumière dans le vide

Conservation de l’énergie

Masse et phénomène de HiggsQu'est-ce que le vide ?

Présence de particules virtuelles (indétectables directement)fugitives

Présence de "particules de Higgs"...

...responsables de l'inertie des particulesmais on n’a encore jamais vu le Higgs...

Si on avait produit un Higgs, on l’aurait détecté(on sait comment faire)

>> il faut plus d’énergie pour produire des HigsEnergie cinétique >> masse

>> le projet LHC du CERN

Large Hadron Collider

Laboratoire européen de physique des particules (Genève)

Découvrir et étudier le Higgs si sa masse est entre 2 x 105 me et 2 x 106 me

Un maximum selon la théorie...

observation du Higgs TRES RARE:1 collision sur mille milliards (1012)

1. Taux de collision élevé: 700 millions/spour observer quelques Higgs par jour>> Irradiation, rapidité des mesures

2. Bien séparer les bons événements des mauvais>> Précision de mesure

1+2 Trier vite et bien

en 2 µs, éliminer 99,9% des événements en quelques ms, éliminer 99,99999%>> enregistrer 1 événement et en rejeter 10 7

aucun droit à l’erreur…puis… continuer le tri

le bon les mauvais

Exemple : H Découverte du Higgs grâce à sa désintégration en deux photons en 2005, au LHC ?

Conclusion

Recherche de la particule de Higgs

Compréhension de la masse

Thèmes importants dans les années à venir

Mesures difficiles

(Rareté du Higgs)

Détecteur ATLAS au LHC

Pari technologique

Collaboration mondiale

Beaucoup d’argent - Beaucoup de travail

Beaucoup d’enthousiasme