Dossiers de presse

 

Paris, le 8 octobre 2004

Mise à jour : 22 mars 2007

La participation française aux expériences du Cern

 Le communiqué de presse

 

• Introduction
• Le modèle standard
• La France dans l'histoire du Cern
• Le LHC (Large hadron collider)
  • L'expérience Atlas
  • L'expérience CMS
  • L'expérience LHCb
  • L'expérience Alice
  • La grille de calcul LCG
• Au-delà du LHC, prospective en physique des particules
• Petit lexique
• Contacts

 

Les grands instruments : accélérateurs et collisionneurs

S’intéressant à l’infiniment petit, les physiciens des particules tentent de caractériser les constituants ultimes de la matière et les interactions fondamentales qui s’établissent entre ces constituants. Un va-et-vient permanent entre expérience et théorie permet aux chercheurs d’avancer dans cette quête. C’est ainsi qu’en 1949, pour rétablir l’équilibre et redonner du prestige à la science européenne, le physicien français Louis de Broglie, lauréat du prix Nobel, propose la création d’un laboratoire scientifique européen à l’occasion de la conférence européenne de la culture à Lausanne.

Les instruments permettant de caractériser les particules fondamentales et leurs interactions, de vérifier expérimentalement les prédictions du Modèle standard ou d’obtenir les données expérimentales permettant de comprendre la théorie sous-jacente, sont :

– soit des accélérateurs consistant à accélérer des particules sur des cibles fixes ;
– soit des collisionneurs dont le principe est d’accélérer deux faisceaux de particules et de les faire entrer en collision au centre d’un grand détecteur.

Plus on veut aller loin dans l’infiniment petit, plus l’accélérateur doit être puissant⁽¹⁾. C’est ce qui explique la puissance croissante des accélérateurs et collisionneurs du Cern (en 50 ans, on est passé de la centaine de MeV à la dizaine de TeV). Une des clefs du succès du Cern est d’avoir pour chaque nouvel accélérateur réutilisé le précédent comme injecteur.

 

Le Cern en quelques dates et découvertes majeures

Les deux premiers accélérateurs, le synchrotron-cyclotron de 600 MeV (SC) et le proton-synchrotron (PS) de 28 GeV, marquent le début de la physique subatomique. Leurs énergies permettent d’accéder à la physique des protons et des interactions faibles. Le CEA et le CNRS contribuent au développement des premiers détecteurs, notamment des chambres à bulles.

Les ISR, collisionneurs de protons de deux fois 31 GeV, constituent les premiers collisionneurs de protons au monde. Ils permettent d’accéder à la physique des constituants du proton et des interactions fortes.
Le SPS de 400 GeV est, avec ses 2,2 kilomètres de diamètre, le premier grand accélérateur souterrain du Cern.
En 1983, le collisionneur proton-antiproton permet la découverte des particules messagères de l’interaction faible W et Z, fait historique qui a donné lieu au Nobel en 1984 pour Rubbia et Van der Meer. La France a participé activement aux deux grandes expériences UA1 et UA2.

La France a participé aux quatre grandes expériences du LEP : Aleph, Delphi, L3 et Opal et a été présente sur tous les fronts de l’analyse des données.

Le LEP, accélérateur circulaire de 27 kilomètres de circonférence, a fonctionné de 1989 à 2000. Deux faisceaux de particules, l’un d’électrons et l’autre de positons (antiélectrons), y étaient accélérés jusqu’à des vitesses proches de celle de la lumière. Les collisions produites, au niveau des 4 expériences (détecteurs), ont permis de former et d’étudier principalement les particules messagères de l’interaction faible : W+, W- et Z0. Les énergies atteintes étaient de 91 GeV au début de sa mise en service, et de 207 GeV à sa fermeture.

Dans une première phase d’expérimentations, entre 1989 et 1995, l’énergie atteinte au LEP, 91 GeV, avait permis de produire en grand nombre et d’étudier le boson Z0. Plusieurs points du Modèle standard ont été confirmés et la masse du Z a pu être déterminée avec une précision mille fois meilleure qu’elle ne l’était avant la mise en service du LEP. Il a été notamment établi que le nombre de familles de particules était de trois et de trois seulement. L’une des plus belles réussites du LEP (et du Modèle standard) a été de permettre la détermination de la masse du quark top, avant même qu’il ait pu être mis en évidence au Tevatron.

À partir de 1995, l’énergie du LEP a été progressivement augmentée (161 GeV par faisceau en 1996, 207 GeV en 1999 et 2000), ce qui a permis de produire et d’étudier les bosons W produits par paires. La masse du W a été déterminée avec précision. De nombreuses prédictions du Modèle standard ont été vérifiées et la plupart des paramètres de ce modèle déterminés avec précision.

Les dernières mesures, effectuées en 2000, ont montré aux physiciens, en particulier dans le détecteur Aleph, plusieurs " événements " qui pourraient être la signature de la présence d’un Higgs. Après une réanalyse minutieuse, la probabilité pour que ces évènements soient en fait des processus classiques est estimée à environ 8 %, une probabilité bien trop élevée pour affirmer une découverte. Par ailleurs, le recoupement des mesures de précision (dans le cadre du Modèle standard) permet de cerner la masse du Higgs avec une fourchette assez large : 170 ± 50 GeV
La confirmation ou l’infirmation du signal entrevu au LEP, ou la découverte du Higgs ailleurs dans la gamme ci-dessus, reviendra donc au LHC.

 

(1) de haute énergie, exprimée en électronvolts (eV)