Le Cern, laboratoire de la démesure

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juillet 2009
1- Face au détecteur Alice, La quantité de câbles (500 km) donne le tournis. La taille du faisceau qui conduit les particules (tuyau au centre de l’image) paraît au contraire dérisoire. 2- Ce n’est qu’en voyant la carte avec le tracé du tunnel que l’on réalise l’ampleur de l’équipement : le tunnel de 27 km de circonférence est à cheval sur la France et la Suisse. 3- Dans les locaux du centre de calcul, les ordinateurs produisent 2,5 MW de chaleur et consomme 5 MW d’électricité en climatisation. 4- Loïc Mounier (à gauche) et Patrick Guinet devant un des aimants exposé devant le restaurant du Cern.
© NATHALIE BLANC

À Genève, le centre européen de recherche abrite la plus grande expérience scientifique jamais construite par l’homme. Bienvenue au pays de la démesure !

Niché entre les Alpes et le Jura, à la frontière franco-suisse, l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (Cern) bénéficie d’un cadre idyllique. Par beau temps, on aperçoit le Mont-Blanc. Mais ne vous fiez pas à ce calme apparent. Près de 4 000 personnes s’activent sur le site. Les permanents ne représentent que la moitié de l’effectif (scientifiques, personnels administratif et technique), l’autre moitié des scientifiques de passage, principalement des physiciens, qui arrivent du monde entier !

80 instituts, 30 pays

« Le Cern est un laboratoire d’accueil et les projets de recherche engagés ne peuvent être qu’internationaux, vu le degré de sophistication des équipements, explique Yves Schutz, directeur de recherche CNRS et détaché au Cern depuis sept ans. Un seul pays ne pourrait supporter de tels coûts ! Chaque projet commence par une phase très théorique, qui peut durer jusqu’à dix ans. Vient ensuite la phase de construction de l’équipement, réalisée en collaboration avec des industriels. »

Le dernier projet en cours Cern, le LHC(1), illustre parfaitement cette démesure. Le tunnel de 27 km de circonférence qui abrite l’accélérateur existait déjà. Mais toutes les expériences ont été repensées. Alice(2), l’une d’entre elles mobilise 80instituts de 30 pays différents depuis 20 ans ! « Je m’étonne encore qu’on y soit arrivé ! », souligne Yves Schutz.

Le principe d’un accélérateur est de débarrasser le noyau d’un atome de ses électrons et d’accélérer ce noyau sous l’effet d’un champ électrique. Au LHC, les noyaux sont accélérés à des vitesses proches de la vitesse de la lumière et la trajectoire circulaire est induite par un champ magnétique imprimé par de puissants aimants supraconducteurs. Les noyaux accélérés circulent dans l’anneau dans les deux sens et les chercheurs scrutent les effets de leurs collisions grâce à quatre équipements construits pour mener quatre expériences en parallèle.

Des milliers de particules

À 50 m de profondeur, les détecteurs de l’expérience Alice ont été pensés pour enregistrer les dizaines de milliers de particules créées lors de chaque collision entre les noyaux lourds (plomb) choisis afin de créer des densités d’énergie extrêmes. « Nous cherchons à nous rapprocher le plus possible de l’ambiance qui régnait à la création de l’Univers, il y a 13,7 milliards d’années, juste avant que la matière primordiale, en refroidissant sous l’effet de la dilatation de l’Univers, ne se métamorphose pour créer la matière que nous connaissons aujourd’hui », explique Yves Schutz. Derrière l’énorme porte métallique du détecteur (5 m de diamètre), « que l’on a mis une semaine à fermer », se cache une technologie de l’extrêmement petit. Des mètres carrés de capteurs qui vont tenter de pister et identifier les milliers de particules créées durant les collisions.

Un boson attendu à Genève

Parmi celles-ci, le boson de Higgs est très attendu. Cette particule n’a pour l’instant qu’une existence théorique. Elle porte le nom d’un des scientifiques qui a émis l’hypothèse de son existence il y a 30ans. Mais personne ne l’a jamais observée ! « Cet accélérateur risque de donner un bon coup de pied aux théories actuelles, car aujourd’hui on ne peut plus avancer, poursuit Yves Schutz. Le fait d’observer, ou non, ce boson de Higgs va nous permettre de renforcer ou d’invalider la théorie actuelle qui reproduit avec une précision redoutable la quasi-totalité des observations expérimentales réalisées jusqu’à présent. »

La remise en route de l’accélérateur, arrêté depuis l’automne 2008 suite à un incident, est prévue pour l’automne 2009. Mais les premiers résultats, eux, ne sont pas attendus avant fin 2010, le temps de l’analyse... « Tout est neuf, ce n’est pas simple ! », conclut humblement Yves Schutz. Le boson de Higgs risque de se faire encore attendre.

Le champion des records

> L’accélérateur n’est pas un cercle parfait mais un gigantesque polygone, dont les côtés correspondent à près de mille aimants supraconducteurs nécessaires pour imprimer aux particules accélérées une trajectoire circulaire.

> Quand il fonctionne, l’accélérateur consomme autant d’électricité que la ville de Genève. C’est la raison pour laquelle il ne fonctionne pas en hiver, quand l’électricité coûte trop cher.

> Chaque seconde, une même particule traverse 10 000 fois la frontière franco-suisse !

> L’énergie du faisceau de particules est toute petite : elle correspond à celle d’un moustique en vol. Mais sa concentration dans un volume de la taille d'un noyau atomique fait que la densité d'énergie résultante est énorme.

5 000 physiciens et 2 500 doctorants travaillent sur l’expérience Atlas. Cela représente plus d’une thèse par jour.

> Pour fonctionner, l’accélérateur va utiliser la puissance de 100 000 ordinateurs interconnectés et répartis dans 140 sites et 33 pays. Ils forment la plus grosse grille de calcul scientifique jamais construite.

> Après un premier tri, le LHC produit plus de 15 peta-octets, c’est-à-dire 15millions de giga-octets de données par an.

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Nathalie Blanc

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