Mise à jour le 28 Novembre 2014
CONFÉRENCE VEGA de Michel SPIRO
Ancien Président du Conseil du CERN ancien Directeur de IN2P3
Organisée par l'Association d'Astronomie VEGA et la Mairie de Plaisir
Au théâtre R Manuel (Château de Plaisir)
«LE LHC ET LE MONDE DES PARTICULES»
Le Samedi 22 Novembre 2014 à 20H30
Photos : JPM ou autre pour l'ambiance. (Les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur. Voir les crédits des autres photos si nécessaire
La présentation (avec toutes les vidéos) est disponible sur ma liaison ftp choisir planetastronomy, rentrer les login et PW puis CONFÉRENCES VEGA ensuite SAISON 2014/2015 ; elle s’appelle : SpiroLHC-Vega-nov2014.ppt
Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me contacter avant.
Cette conférence a été filmée en vidéo (grâce à UNICNAM et IDF TV) et est accessible sur Internet
On la trouve à cette adresse : https://www.youtube.com/playlist?list=PL1ZHG2CIuv2dTMQVj1KkwVFMX63xe_tTM
BREF COMPTE RENDU
Le compte rendu sera succinct, étant donné, que la présentation est disponible au téléchargement.
Une salle bien pleine comme d’habitude.
Michel Spiro, que nous avions rencontré au CERN à Genève lors du voyage au LHC en Octobre 2013, avait promis de venir nous donner une conférence à Plaisir.
Il a tenu parole !
M Spiro commence par évoquer la genèse du projet de ce grand collisionneur LHC de 27 km de circonférence situé sous la frontière franco-suisse : conçu en 1984, approuvé en 1994 (H Curien) et les premières collisions produites en 2010 ; ont mené à la découverte du boson de Higgs en 2012.
10.000 scientifiques de tous les pays y travaillent en un système collaboratif unique. Auto gestion ; tout est public et les données accessibles à tous.
N’oublions pas que le Web est né au CERN !
Le LHC doit rester opérationnel au moins jusqu’en 2030.
LE MONDE DES PARTICULES ÉLÉMENTAIRES.
Michel Spiro nous introduit d’abord au monde des particules élémentaires : que de progrès depuis 50 ans !
On est passé de l’atome système solaire aux quarks. À la répartition entre particules de matière comme les quarks et les leptons et les particules de « forces » ; les photons, les bosons.
Il existe aussi des particules scalaires comme le boson de Higgs qui restaient à découvrir.
Le boson de Higgs constitue un champ scalaire, qui procure une masse aux particules qui le traversent.
On aboutit aujourd’hui à ce que l’on appelle le modèle standard (sous-entendu de la physique des particules).
(Une autre belle représentation de ces particules)
Il y a deux composants principaux de la matière : les fermions et les bosons.
· Les Fermions sont des particules liées à la matière, ce sont tout ce que
l’on connaît : les atomes et les molécules
· Les Bosons, sont principalement les « messagers » des forces de la
nature (qui sont au nombre de 4) le photon de lumière est le plus connu de tous
En gros : fermion = matière boson = messagers de force
Seuls les éléments de la première colonne constituent la matière stable de l’Univers (quarks up et down électrons et neutrinos)
Il existe aussi 4 interactions fondamentales :
Ces 4 forces (ou interactions) de base ce sont :
· L’interaction gravitationnelle, responsable de la pesanteur, règne sur l’Univers. Portée illimitée
· L’interaction électromagnétique, responsable de l'électricité, du magnétisme, de la lumière et responsable de la cohésion des êtres
vivants Transportée par le photon. Portée illimitée.
· L’interaction forte, responsable de la cohésion des noyaux atomiques, très puissante. .Courte portée.
· L’interaction faible, responsable de la radioactivité bêta, qui permet au Soleil de briller. Courte portée.
L’origine des interactions de courtes portées est fondamentalement liée à la question de l’origine de la masse.
Mais ces théories impliquent que les particules devraient avoir une masse nulle, ce qui n’est pas le cas, d’où vient alors leur masse ??
Le boson de Higgs constitue un champ scalaire, qui procure une masse aux particules qui le traversent.
Il fallait le trouver pour valider la théorie.
L’annonce du 4 Juillet 2012, c’est ce jour là que les scientifiques du LHC on choisi, pour annoncer la découverte du boson de Higgs.
Grande cérémonie au CERN transmission sur le net, bref un grand moment.
Nous en avons parlé dans les astronews de l’époque.
Photo : CERN, M Spiro à l’extrême droite au premier rang.
Communications des expériences ATLAS (à droite en haut) et CMS (à gauche en haut). Ces expériences sont indépendantes les unes des autres, ce qui fait la force de cette découverte.
Cette découverte est affirmée avec 99,9999% de certitude !!
La masse de la particule mise en évidence : 126 Gev, soit 130 fois la masse d’un atome d’Hydrogène (0,938 Gev).
Le LHC s’intéresse principalement aux collisions protons-protons qui se déplacent à une vitesse proche de celle de la lumière. Dans certains types de collisions, un boson de Higgs pouvait être crée.
Mais on ne peut pas détecter cette particule directement, seules les traces de son interaction ; principalement en deux voies :
· Il se désintègre en deux bosons Z qui se désintègrent en une paire e-/e+ et une paire muon/antimuon.
· Il se désintègre en deux photons.
Un peu plus tard, fin 2012, on perfectionne les mesures et on les confirme (courbes du bas de la diapo). On confirme les 126 GeV pour la masse du Higgs. (Remarque : les masses sont à un facteur c2 près).
Le boson de Higgs n’existe plus, seul le champ de Higgs existe toujours.
La presse du monde entier s’intéresse à cette découverte.
LE FONCTIONNEMENT DU LHC.
En fait le collisionneur de Hadrons (le LHC) est l’aboutissement des expériences précédentes comme :
· Le PS Proton Synchrotron) en 1959
· Le SPS (Super PS) qui permit la découverte des bosons Z et W en 1976
· Le LEP (Large Electron–Positron Collider) pour lequel on construisit le tunnel à 100m de profondeur en 1989-200
· Le LHC enfin utilisant ce même tunnel à partir de 2008. 14 TeV
Quelques données techniques :
· Champ magnétique à 7 TeV: 8.33Tesla
· T bain Hélium superfluide: 1.9 K
· Nb. D’aimants: ~9300
· Nb. dipôles: 1232
· Nb. quadrupôles: ~858
· Nb. aimants de correction: ~6208
· Nb. de cavités RF: 8 /faisceau;
· Puissance électrique: 120 MW
Mais le problème central, c’est le traitement du nombre énorme de données ; tous les ordinateurs du monde vont être obligés de participer à ce traitement. Ils seront interconnectés dans ce que l’on appelle la Grille de calcul (ancêtre du Cloud).
LES MATHÉMATIQUES DERRIÈRE CETTE DÉCOUVERTE.
C’est John Ellis, le célèbre physicien du CERN qui nous indique le chemin : (un peu ésotérique, je l’admets !), c’est le Lagrangien du modèle standard qui explique tout….:
· La première ligne correspond à l’interaction d’un champ de jauge de Yang Mills
· La deuxième ligne correspond à l’énergie cinétique des fermions
· La troisième ligne correspond au couplage fermions et scalaires du champ de Higgs
· La quatrième ligne, premier terme le champ scalaire énergie du champ de Higgs et le deuxième terme lié à l’énergie du vide. (le
vide n’est pas vide !!)
Donc, le vide n’est pas vide, il reste un champ quantique de particules virtuelles qui donne une certaine « viscosité » au vide !
En ce qui concerne la gravité, elle tient dans une autre équation, l’équation d’Einstein :
Ces deux équations, Lagrangien et Einstein sont ….irréconciliables !
LIENS AVEC NOTRE UNIVERS.
De l’échelle de Planck à celle de l’Univers observable.
Nous pouvons décrire l’histoire de l’Univers depuis ses presque débuts.
Le LHC nous permet de remonter le temps jusqu’à approx. 10-15 sec après le BB.
Une époque où certaines forces n’étaient pas encore découplées comme on le voit sur ce graphique.
La lumière fut et la masse vint aux particules à la première picoseconde, grâce au mécanisme de Higgs
Les quarks se regroupent en neutrons et protons, première microseconde,
Les noyaux, premières 3 minutes,
Les atomes, premier 370 000 années, le CMB
Les galaxies premier milliard d’années,
La chimie puis la vie sur terre au bout de 10 milliards d’années.
LES QUESTIONS EN SUSPENS.
· Qu’est ce que la matière sombre?
· Qu’est-ce que l’énergie sombre?
· Où est passée l’antimatière?
· Les énigmatiques neutrinos
· Gravité quantique
· Hasard, nécessité, émergence?
Bref il reste encore beaucoup à faire….
LES MISSIONS DU CERN.
· Repousser les frontières des connaissances.
· Développer de nouvelles technologies
· Former les scientifiques et les ingénieurs de demain
· Rassembler des personnes de différentes nations et cultures
Encore du chemin, mais de nombreux rendez-vous !
Fondé en 1954, le CERN est situé de part et d’autre de la frontière franco-suisse, près de Genève.
Il a été l’une des premières organisations à l'échelle européenne et compte aujourd’hui
· 20 États Membres: Allemagne, Autriche, Belgique, Bulgarie, Danemark, Espagne, Finlande, France, Grèce, Hongrie, Italie, Norvège, Pays Bas, Pologne, Portugal, République Tchèque, Royaume Uni, Slovaquie, Suède, Suisse.
· 1 Candidat à l’accession au statut d‘État Membre du CERN: Roumanie
· 8 Observateurs au Conseil: Inde, Israël, Japon, la Fédération de Russie, les États-Unis, Turquie, la Commission Européenne et l’UNESCO
Il comprend approximativement 2300 membres titulaires.
Le CERN, l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire, est l’un des plus grands et des plus prestigieux laboratoires scientifiques du monde.
Il a pour vocation la physique fondamentale, la découverte des constituants et des lois de l’Univers.
Il utilise des instruments scientifiques très complexes pour sonder les constituants ultimes de la matière : les particules fondamentales. En étudiant ce qui se passe lorsque ces particules entrent en collision, les physiciens appréhendent les lois de la Nature.
LE FUTUR DU CERN.
Il y a deux projets pour étendre les activités du CERN :
LE PROJET CLIC.
Le projet CLIC (Collisionneur linéaire compact) serait un collisionneur linéaire cette fois, où des électrons et des positons (antiélectrons) entreraient en collision à des énergies de plusieurs TeV.
Il se présenterait comme un accélérateur qui pourrait être construit en plusieurs étapes.
Le premier tronçon ferait 11km de long (tunnel) avec une énergie réduite.
La collision e- e+ est plus précise que celle de des protons et permettrait de mettre au jour plus facilement de nouvelles particules.
UN SUPER LHC SOUS LA MONTAGNE ET SOUS LE LÉMAN.
On creuserait sous le Jura et sous le lac à l’aide de plusieurs tunneliers un anneau circulaire de 100km de circonférence similaire au LHC mais allant plus haut en énergie (100 TeV ?) pouvant permettre une nouvelle physique.
C’est le projet FCC (Future Circular Collider).
Il pourrait alternativement accélérer soit des e-/e+ soit des protons.
Comme ce sera un projet très coûteux, il faudra certainement faire rentrer l’Asie et les USA dedans.
Pour les deux projets une décision devrait être prise avant 2020.
POUR ALLER PLUS LOIN :
Exposition LHC Palais Découverte : CR de visite du 17 Oct 2014. (02/11/2014)
Le LHC et la recherche du boson de Higs : CR de la conf SAF (Cosmologie) de C. Guyot du 14 Sept 2013. (05/10/2013)
Le LHC et les 2 infinis : CR de la conférence SAF de M Spiro du 14 Avril 2010. (22/04/2010)
Le boson de Higgs et le LHC : CR de la conférence IAP de B Mansoulié le 5 Fev 2013. (02/03/2013)
Le LHC, chasseur de Higgs : CR de la conf. de Y Sirois aux RCE 2010 le 12 nov 2010. (03/12/2010)
François VANNUCCI : Le LHC et la masse cachée de l'Univers ; CR conf. du 8 Juillet 2009 (06/08/2009)
Champ de Higgs et origine de la matière : CR de la conf. SAF d’Yves Sirois du 11 Sept 2013. (05/10/2013)
La longue traque du boson de Higgs : CR de la conf. SAF (cosmo) de G Cohen-Tannoudji du 5 Mai 2012.(18/05/2012)
Visite SAF Obs Genève et LHC : CR de visite des 16 et 17 Octobre 2013. (30/10/2013)
Le boson de Higgs expliqué à ma fille
PROCHAINE CONFÉRENCE VEGA : samedi 4 Avril 2015 20h30 au TRM (Château de Plaisir 78370) (attention elle a été annoncée en tant que samedi 3 Avril, mais le samedi c’est le 4 Avril !)
Bernard LELARD Président de VEGA, nous parle du NOUVEAU BIG BANG.
Ce sera un grand moment, venez nombreux, ouverture des portes : 20H00
La suivante : le samedi 30 Mai.
Bon ciel à tous
Jean Pierre Martin
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