expo LHC Palais Decouverte

DU 17 OCTOBRE 2014 AU 19 JUILLET 2015
Inauguration de l’exposition du 17 Octobre 2014

Le Palais de la Découverte fut créé par Jean Perrin en 1937 à l’occasion de l’Exposition Internationale de Paris qui eut lieu du mois de mai au mois de novembre 1937.

Le succès fut immédiat, le Palais accueillit 2 225 000 visiteurs. Devant ce succès inattendu il fut décidé d’en faire un lieu pérenne.

Jean Perrin, Prix Nobel en 1926, était sous-secrétaire d’État à la Recherche Scientifique du gouvernement de Front populaire de Léon Blum ; il fut également à l’origine de la création du CNRS en 1939, de la construction de l’Observatoire de Haute Provence (OHP) et de l’Institut Astrophysique de Paris (IAP).

L’objectif initial est de rendre populaire la culture scientifique, de permettre au grand public de découvrir les « savoirs scientifiques fondamentaux ».

De présenter la « science en train de se faire » à l’aide d’exposés, d’expériences et de manipulations commentées.

Alors que le CERN fêtait récemment ses 60 ans, le CEA s’est associé au CNRS et au Palais de la Découverte pour proposer ce rendez-vous entre le plus grand accélérateur particule du monde et les visiteurs.

Cette exposition, ouverte jusqu’au 19 juillet 2015, est accompagnée d’un cycle de conférences, « Les particules … pas si élémentaires », animé par des chercheurs du CNRS, du CEA et d’universités tous les samedis à 15h du 15 novembre au 13 décembre 2014 au Palais de la Découverte.

Elle est conçue pour être aussi visible par un public de jeunes, à partir de 12 ans, disons.

Au Palais de la découverte, le public visite les laboratoires du CERN, découvre l'intérieur du tunnel et partage l'intimité des scientifiques qui s'investissent avec passion dans la recherche physique et nucléaire.

Il y a tout juste 50 ans, trois physiciens lancent l'hypothèse de l'existence d'une particule élémentaire qui permettrait d'expliquer pourquoi certaines particules ont une masse et d'autres n'en ont pas : Robert Brout, François Englert et Peter Higgs. En 2013, deux d'entre eux sont récompensés par le prix Nobel de physique pour leurs travaux et surtout pour la découverte du boson de Higgs, une nouvelle sensationnelle dans le monde de la recherche scientifique.

L'exposition Le grand collisionneur - LHC retrace ainsi la formidable aventure humaine que représente cette grande découverte scientifique en proposant une visite immersive au cœur d'une reconstitution des laboratoires et des bureaux du Cern. Une mise en scène qui permet à chacun de se donner une idée de l'environnement de travail des physiciens et aussi de partager avec eux l'émotion de la recherche et de la découverte.

Le visiteur est rapidement plongé dans l'excitation et l'émotion de la découverte du boson de Higgs grâce à un spectacle audiovisuel auquel il peut assister depuis un petit amphithéâtre. Il parcourt ensuite les couloirs du grand collisionneur où se trouvent d'impressionnants objets représentatifs de l'intérieur du LHC.

Les maquettes, photographies des différents éléments qui constituent le LHC sont surprenants de beauté, tout comme le spectacle coloré et presque hypnotique qui donne à voir des collisions de particules sous un angle artistique.

Une adaptation de l'exposition spécifique au Palais de la découverte avec le CEA, le CNRS et le CERN

L'exposition initiale du Science Museum de Londres est enrichie au Palais de la découverte d'une présentation de 60 portraits de Français qui ont contribué ou contribuent au succès du CERN.

S'ajoute à cela un dispositif conçu par le CEA en Leap Motion sur 3 écrans de 55 pouces qui permet au public d'accéder à des ressources du CERN, qu'il s'agisse d'informations sur le LHC ou bien d'éléments fondamentaux de la physique nucléaire.

Présentée pour la première fois en France, l'exposition est également l'occasion de mettre en avant la recherche française qui travaille en lien avec le CERN et le LHC: le CEA et le CNRS y rassemblent des pièces de collection issues de laboratoires scientifiques nationaux.

Traduite en français et en anglais, l'exposition est accessible aux personnes à mobilité réduite, aveugles et malvoyantes. Est également proposée une visite guidée par des médiateurs scientifiques du Palais de la découverte.

L'exposition Le grand collisionneur - LHC trouve une place légitime au Palais de la découverte qui, fondé par le prix Nobel de physique Jean Perrin en 1937, est historiquement animé par une tradition de vulgarisation scientifique dans le domaine de la physique. À ce titre, la diversité des exposés déjà existants au Palais de la découverte ajoutent une dimension particulière à la visite autour de l'exposition: “La supraconduction”, “Einstein et les rayons cosmiques”, “Radioactivité”, ou encore “Les réactions nucléaires, le neutron”, exposé au cours duquel un médiateur scientifique réalise deux expériences grâce à un véritable accélérateur de particules.

LHC signifie Large Hadron Collider, c’est-à-dire Grand Collisionneur de Hadrons. Les Hadrons font partie de ce que l’on appelle les particules élémentaires, elles sont définies par les lois de la physique nucléaire.

Ces particules tournent à une vitesse proche de celle de la lumière dans ce grand anneau de 27km de circonférence situé près de de la frontière franco-suisse.

Ces particules sont intéressantes à étudier car elles révèlent la structure de la matière qui nous compose et qui compose l’Univers.

La découverte de ce monde étrange de ces particules fut une longue traque, qui est résumée dans la première salle de cette exposition.

De nombreux vieux instruments sont présentés dans cette salle, notamment ceux-ci qui sont de droite à gauche :

· Une chambre à brouillard (sert à détecter les particules cosmiques et provenant de la radioactivité) de Rochester-Butler des années 1930-1940. Elle permit de découvrir une nouvelle particule : le méson K.

· Une autre chambre à brouillard (cloud chamber en anglais) du célèbre C.T.R. Wilson, un des inventeurs de ce type de détecteur. C’est lui qui remarque en 1912 que les sources radioactives laissent une trace dans cette chambre saturée en brouillard. Il aura le Prix Nobel en 1927.

· Le modèle atomique des années 1920, dit modèle de Rutherford est présenté par deux objets montrant la vision simpliste que l’on avait de l’atome à l’époque : un noyau avec des électrons tournant autour, comme un système solaire.

· Une bouteille de champagne. Elle a une histoire, ou plutôt elles ont une histoire. En effet lors d’une de nos dernières visites au LHC nous avions été intrigués par ces rangées de bouteilles au dessus des écrans de contrôle. En fait elles fêtent les différents évènements à succès de l’accélérateur.

Cette partie commence par la projection sur grand écran de l’intérieur du LHC : salle de contrôle et explications physiques.

La célèbre réunion du 4 Juillet 2012 où fut annoncée la découverte du fameux Boson de Higgs est aussi présentée à l’écran.

En sortant, on se trouve plongé….dans le tunnel du LHC et son monde bien particulier (bicyclette obligatoire !).

À droite de l’image, la source de toutes les collisions au LHC : une bouteille d’Hydrogène (proton = noyau d’Hydrogène)

En effet les particules qui sont accélérées dans ce double anneau sont principalement des protons, des noyaux d’Hydrogène.

On ne peut se déplacer dans le tunnel du LHC (quand l’accélérateur n’est pas en fonctionnement : voir les balises lumineuses) qu’avec des vélos que l’on trouve partout.

À gauche une coupe des anneaux. (explication plus bas)

Une coupe d’anneau supraconducteur (un aimant bipolaire) est présentée tout à côté.

Pour faire tourner des particules chargées dans le LHC, il n’y a pas d’autres solutions que de leur appliquer un champ magnétique grâce à des électroaimants supraconducteurs puissants. Le champ magnétique (8,3 Teslas) créé est 100 à 200.000 fois supérieur au champ terrestre.

Il se trouve qu’à une certaine température (très basse, -271K) le câble ne présente PLUS AUCUNE résistance, il ne peut donc pas chauffer et on peut en conséquence y faire passer un courant très important (près de 12.000 A !!!).

Pour garantir cette très basse température, on fait circuler de l’Hélium liquide qui refroidit ces aimants et la partie centrale des anneaux. Cet Hélium, appelé superfluide, maintient la température à 2K, et l’intérieur de l’anneau du LHC, devient ainsi le point le plus froid de l’Univers, plus froid que l’espace ambiant à 2,7K !

L’anneau faisant 27km de long, il est composé de segments élémentaires dipolaires, les aimants de courbure (les principaux, de 15m de long 30 tonnes très légèrement courbes) et quadripolaires (qui concentrent les faisceaux) qui sont au nombre de près de 1700. En fait en comptant tous les autres petits aimants, il y en a beaucoup plus, près de 8000 en tout.

Tout le long du mur du LHC se trouvent des tableaux explicatifs (bilingues ! mais oui on pense aux étrangers !) des divers composants et principes nécessaires pour comprendre le fonctionnement.

Une salle très impressionnante nous accueille ensuite, où on a la possibilité de voir des collisions sur grand écran.

Mais le meilleur nous attend, on peut voir des parties de détecteurs réellement employés sur le LHC.

À gauche : une partie d’un des détecteurs montés sur l’expérience ATLAS (une des deux grosses expériences du LHC), une section du TRT (Transition Radiation Tracker) qui a pour but d’enregistrer les traces des particules chargées après collisions.

À droite : un des pétales du trajectographe en Silicium de l’autre grande expérience, le CMS.

Une particule traversant ce trajectographe va provoquer un signal électrique qui va permettre de la localiser.

Il y a de nombreux autres détecteurs ; le personnel est bien présent pour donner les explications nécessaires.

Cette section montre le traitement des (énormes) données provenant des collisions.

On pénètre aussi dans le bureau d’un chercheur du CERN ; on partage sa vie quotidienne.

On remarquera qu’elle (c’est une chercheuse) dort et mange dans son bureau….

Une salle est dédiée à une exposition photographique de 60 chercheurs français du CERN.

Ce web-documentaire associant textes, photos, vidéos, sons et animations, vous plongera au cœur du plus grand laboratoire de recherche sur la matière. Visitez les expériences présentes et passées du CERN au travers de vues panoramiques à 360° et découvrez les portraits de quelques-uns des témoins de la grande aventure qui unit le CERN et la France depuis 60 ans

On trouvera trois grands écrans avec une navigation par reconnaissance gestuelle. Cette installation numérique est conçue par la collaboration ExplorNova (CEA Irfu - iRéalité/Capacités SAS) et co-produite par le CEA et le CNRS.

Stéphanie Baffioni du LLR, Laboratoire Leprince Ringuet de l’École Polytechnique.

Elle travaille sur l’expérience CMS et elle est en poste à au CERN quand le collisionneur est en activité (cela va reprendre au début de 2015).

Elle a eu la gentillesse de m’expliquer le fonctionnement des détecteurs exposés.

Elle a eu aussi la grande chance de se trouver à Genève dans la salle du CERN, le 4 Juillet 2012 le jour de l’annonce concernant le boson de Higgs ; c’était très émouvant nous a-t-elle dit.

Marie Hélène Schune, travaille au LAL, le laboratoire de l’accélérateur linéaire situé sur le campus d’Orsay.

En arrière plan un module de détection de Vertex (VELO) sur lequel elle a travaillé.

Elle participe à l’aventure du LHC en s’intéressant à l’antimatière principalement avec l’expérience LHCb.

C’est en fait un indicateur d’une possible violation de symétrie que cherchent les physiciens pour établir une nouvelle physique au-delà du Modèle Standard.

Au détour d’une salle aussi, rencontre avec Nathalie Besson (pas de photo), physicienne des particules au CEA à l’IRFU au Service de Physique des Particules. Elle travaille au LHC.

On se souvient qu’elle était intervenue lors d’une des dernières Star Party au Parc aux étoiles de Triel.

Bref une belle balade dans ce monde étrange des particules, à voir et à revoir….

Pour compléter cette visite, l’association VEGA de Plaisir (Yvelines, près de Versailles) a le plaisir de recevoir Michel Spiro, ancien Président du conseil du CERN et ancien Directeur de l’IN2P3, pour une conférence exceptionnelle qu’il donne au Théâtre R Manuel du Château de Plaisir le Samedi 22 Novembre 2014 à 20H30.