La femto physique: des machines géantes, des hautes énergies, et de minuscules particules

• Frederik Van Der Veken (CERN)

Dans la physique des particules, tout se fait dans l'extrême. Prenons l'exemple du LHC, le plus grand accélérateur du monde de 27km de circonférence, capable d'atteindre des énergies dépassant l'imagination, à la recherche des particules microscopiques. Mais pourquoi? Et comment ça fonctionne? Explorons tout cela ensemble!

Visite virtuelle de CMS

• Laurent Forthomme (CERN)
• Haifa Rejeb Sfar (University of Antwerp (BE))

Le Solénoïde compact pour muons (CMS) est un détecteur polyvalent installé sur l’anneau du LHC. Il a été conçu pour explorer un large éventail de domaines de la physique, allant de la recherche du boson de Higgs à celle d’autres dimensions, en passant par la quête des particules qui pourraient constituer la matière noire. Bien que ses buts scientifiques soient les mêmes que ceux de l’expérience ATLAS, la collaboration CMS a opté pour d’autres solutions techniques et un système magnétique de conception différente. Le détecteur CMS est construit autour d’un énorme aimant solénoïde, qui se présente sous la forme d’une bobine cylindrique supraconductrice générant un champ magnétique de 4 teslas, soit environ 100 000 fois le champ magnétique terrestre. Le champ magnétique créé est confiné par une « culasse » d’acier, qui constitue la pièce la plus lourde de ce détecteur de 14 000 tonnes. Contrairement aux autres détecteurs géants du LHC, dont les éléments ont été construits sous terre, CMS a été construit à la surface, en 15 sections, qui ont ensuite été descendues dans une caverne souterraine située près de Cessy (France), où elles ont été assemblées. Le détecteur dans son ensemble mesure 21 mètres de long, 15 mètres de large et 15 mètres de haut. L’expérience CMS est l’une des plus grandes collaborations scientifiques internationales qui ait jamais existé. Elle compte en effet 4300 physiciens des particules, ingénieurs, techniciens, étudiants et personnes chargées de l’appui représentant 179 universités et instituts de 41 pays (février 2012).

Quand l'infiniment grand rencontre l'infiniment petit

• Francois Briard (CERN)

Savez-vous ce que signifie l'acronyme CERN ? Qui l'a créé ? Qui le finance ? Qui décide ce qu'on y fait ? Qui y travaille ? Et tou ça... ça change quoi pour moI ?

Visite virtuelle de ISOLDE

• Maxime Jean Albert Mougeot (Max Planck Society (DE))
• Thomas Elias Cocolios (KU Leuven - IKS)

L’installation ISOLDE, unique en son genre, produit des faisceaux de basse énergie de nucléides radioactifs, dont l’instabilité est due soit à un excédent, soit à un déficit de neutrons. En fait, l’installation réalise le vieux rêve des alchimistes : la transmutation d’un élément en un autre. Elle permet ainsi l’étude des noyaux atomiques, y compris les espèces les plus exotiques. Le faisceau de protons de 1,4 GeV issu du Booster du Synchrotron à protons (PSB) est dirigé sur des cibles spécialement conçues, très épaisses, produisant ainsi des fragments atomiques très variés. Différents systèmes sont utilisés pour ioniser, extraire et séparer les noyaux selon leur masse, ce qui permet de produire des faisceaux de basse énergie qui sont ensuite livrés à plusieurs stations d’expérimentation. Ces noyaux peuvent être également post-accélérés, permettant d'étudier de réactions nucléaires variées. Un accélérateur linéaire plus récent, HIE-ISOLDE, dont la construction a débuté en 2015, accélérait les faisceaux jusqu’à 4,5 MeV/nucléon en 2016 pour atteindre près de 10 MeV/nucléon lorsque sa construction fut achevée en 2018. Les faisceaux d’HIE-ISOLDE sont envoyés sur trois stations d’expérimentation : un réseau de détecteurs au germanium de haute pureté, connu sous le nom de Miniball, l’ISS (ISOLDE Solenoidal Spectrometer), qui utilise un ancien aimant d’imagerie par résonance magnétique, et une troisième ligne de faisceaux où une grande chambre à vide est utilisée pour les expériences sur la diffusion. L’installation ISOLDE a acquis un savoir-faire unique dans le domaine des faisceaux radioactifs. Plus de 1 300 isotopes de plus de 70 éléments ont été utilisés dans une grande variété de domaines de recherche : études de pointe sur la structure nucléaire, physique atomique, astrophysique nucléaire, interactions fondamentales, mais aussi physique du solide et sciences de la vie. Près d’un millier de chercheurs travaillent sur les quelque 90 expériences auprès de l’installation ISOLDE. Chaque année, une cinquantaine de ces expériences procèdent à une prise de données.