Le Grand Collisionneur de Hadron, mis sur pied par le Conseil Européenne pour la Recherche Nucléaire, doit éclairer les scientifiques sur l’origine de notre univers. Et c’est la Colombie-Britannique qui accueille l’un des centres d’analyses de données issues de ce nouvel appareil.
Notre province entre dans la ronde des protons. L’Université Simon Fraser (USF) de Burnaby et le centre TRIUMF ont reçu quelque 20 millions de dollars de la Colombie-Britannique, de la Fondation Canadienne pour l’Innovation et de commanditaires privés pour la création de l’un des 10 centres d’analyse de données issues de ATLAS, le détecteur de l’expérience du Grand Collisionneur de Hadron (GCH), situé au Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (CERN) en Suisse. L’expérience, qui débutera en 2008, est l’une des plus grandes collaborations scientifiques internationales jamais entreprises. Environ 2 000 physiciens de 164 laboratoires universitaires, répartis dans 35 pays sont engagés. Le but : cartographier les débris provoqués par la collision de protons lancés en sens opposés à des vitesses proches de la vitesse de la lumière. On va ainsi reproduire en laboratoire les conditions du « Big Bang », à l’origine de l’Univers actuellement observé.
Le centre canadien d’analyse de données en cours d’installation à TRIUMF est coordonné par Michel Vetterli, professeur de physique à l’USF. L’expérience du GCH représentera environ 40 millions de collisions par seconde et ATLAS générera des quantités astronomiques de données. Il a été calculé qu’il serait nécessaire de disposer de 4,5 millions de CD pour stocker les mesures d’une année ! Les mesures issues de ATLAS alimenteront 10 centres semblables à celui construit à TRIUMF, dont sept en Europe, un aux États-Unis et un autre au Japon. « Cela représente la plus grande grille de calculs jamais mise sur pied », précise Michel Vetterli.
Dans de tels centres, les données seront filtrées au moyen d’outils statistiques, analysées par les spécialistes des particules, puis stockées. L’équipe formée à l’USF et à TRIUMF est composée d’une vingtaine de physiciens et ingénieurs informaticiens. Les scientifiques canadiens intéressés sont répartis dans une dizaine d’universités. Ils recevront dans leur bureau les mesures tant attendues ; fini l’époque où les physiciens se rendaient au CERN avec au retour des bandes d’enregistrement sous le bras.
D’où provient donc l’insatiable curiosité de ces chercheurs ? D’avoir des questions sans réponse, vous répondront-ils. Par exemple, pourquoi les particules élémentaires, ces briques de base de la matière, ont-elles une masse ? Pourquoi est-elle différente suivant la nature des particules ? Le responsable pourrait être le boson de Higgs, particule détectable par ATLAS… s’il existe ! L’origine de la matière noire va également être étudiée, car le GCH reproduira les conditions du Big Bang. Cette matière noire énerve beaucoup les astrophysiciens. Elle agit comme une main invisible sur la dynamique des galaxies, mais elle n’a pas été observée par toute la batterie de télescopes au sol ou spatiaux.
L’exemple de l’aiguille
À l’origine du CERN, il y a une idée. Celle formulée en 1949 par Louis de Broglie, lauréat du Prix Nobel, à la Conférence Européenne de la Culture de Lausanne : redonner du prestige à la science européenne à la suite du désastre de la Seconde Guerre mondiale. Le CERN fut institué en 1952 par 12 pays européens, un site fut choisi en Suisse près de Genève. Le premier accélérateur, un synchrotron-cyclotron, fut mis en service en 1957. De nouvelles machines ont depuis porté de plus en plus haut le niveau de densité d’énergie atteint. Plusieurs Prix Nobel ont couronné les chercheurs collaborant avec le CERN. Aujourd’hui, c’est le plus grand centre de physique des particules au monde : 20 pays européens sont membres du CERN et plus de 40 autres pays y participent à des degrés divers dont le Canada. La dernière machine, le GCH est formée d’un boudin circulaire de 27 km de longueur enfoui dans un tunnel, à 100 m de profondeur ! Le détecteur ATLAS est quant à lui une immense marmite de 46 m de long et de 25 m de diamètre.
Ce qui caractérise un accélérateur, c’est le niveau d’énergie atteint par les particules au moment de la collision. Après avoir circulé quelques 20 minutes dans le GCH les protons atteindront 7 TeV ( Téra électron-Volts). Un Téra est le nombre formé par 1 suivi de 12 zéros. Cette énergie est concentrée sur un proton de masse 1,6x10−27 kg, soit 1,6 kg divisé par le nombre formé par 1 suivi de 27 zéros, donc une masse très, très faible. Notre sens commun est égaré ! Maintenant, si vous applaudissez, vos mains font des collisions avec une énergie supérieure à 7 TeV, mais celle-ci est étalée sur toute la main. Si vous placez une aiguille à coudre perpendiculairement entre deux de vos doigts et applaudissez… vous concentrez dans ce cas la même énergie sur le bout de l’aiguille. L’effet ressenti est sensiblement différent !...
Beaucoup de résultats scientifiques sont attendus avec la mise en service en 2008 du GCH. Notre vie quotidienne pourrait également en être transformée. C’est en effet au CERN en 1990 que Tim Berners-Lee, un physicien, créa… le World Wide Web.
par Daniel Hubert
avec la permission du Journal "l'Express du Pacifique"
photo: Hubble Ultra Deep Field; NASA/ESA/S. Beckwith(STScI) and The HUDF Team.