Télécharger la présentation de Fabrice Hubaut sur Atlas au LHC (15 Mo)
Télécharger la présentation de Jean-Jacques Aubert sur Antares (34 Mo)

En ce début d'après-midi "pré-estival", notre étoile nous arrosait copieusement de ses photons lorsque Fabrice Hubaut (96) est venu nous chercher pour rentrer dans la fraîcheur du "paquebot" du CPPM de Luminy.

En introduction, Roy Aleksan, Directeur du CPPM, nous a présenté son laboratoire, entité de l'IN2P3 au sein du CNRS, et son domaine principal de recherche : que s'est-il passé 1 milliardième de seconde après le Big-Bang ?

Pour cela, les physiciens élaborent des modèles à partir de données connues, et essaient de les confirmer ou les infirmer par des expériences prédictives. La problématique actuelle de la physique est plutôt le manque de données que le manque de modèles ! Mais les deux expériences principales auxquelles participe le CPPM, Atlas et Antares, devraient en partie combler ce manque.

Atlas

Fabrice Hubaut nous a ensuite présenté Atlas. Cet instrument est en cours d'installation sur le LHC (Large Hadron Collider), le nouvel accélérateur en construction au CERN. Une succession "en pelure d'oignon" de détecteurs permet de piéger les différentes particules qui apparaissent lors des collisions. Un des objectifs importants est de traquer le "boson de Higgs", qui serait à l'origine de la masse des particules en interagissant avec elles.

Le CPPM a particulièrement travaillé sur le calorimètre d'Atlas, et plus précisément son "bouchon", avec sa structure en accordéon très particulière. Quelques chiffres concernant cet instrument :

• 7000 tonnes, 44 m de haut
• 10 ans de R&D, implication de 34 pays et 150 laboratoires, 1700 personnes
• 2835 paquets de 10¹¹ protons se croisant toutes des 25 ns
• 1 milliard d'événements par seconde

Le gigantesque volume de données à traiter (1 petaoctets par an, soit 10¹⁵) nécessite des technologies très pointues, depuis une sélection "en temps réel" des événements les plus pertinents, jusqu'à l'utilisation de "grilles de calcul" pour le traitement.

Après la projection d'un film sur Atlas, Jean-Jacques Aubert (66), Directeur scientifique, nous a rejoints pour jeter quelques éclairages sur les grandes théories et questions actuelles de la physique : cordes, espace à 11 dimensions, branes, masse manquante de l'univers, le big-bang, la gravité, l'unification des interactions... On atteint les limites d'appréhension de la "réalité" de notre monde !

Antares

Nous quittons le domaine expérimental des accélérateurs pour rentrer dans celui de l'astrophysique des particules, avec Antares. Cet instrument essaiera de détecter les neutrinos de haut énergie, qui ont échappé jusqu'à présent aux recherches.

Ces neutrinos -- s'ils existent -- viennent du fond de l'univers en étant quasiment pas incommodés par ce qu'ils peuvent rencontrer, à l'inverse des autres particules. Ils permettraient donc d'avoir une vision de l'univers entièrement nouvelle.

En pratique, Antares consiste en un réseau de détecteurs de lumière immergés à 2000 m au large de la Seyne-sur-mer. Le principe de détection est le suivant. Parmi tous les neutrinos traversant la terre, quelques-uns interagissent en émettant des muons. Ceux-ci, en traversant l'eau de mer à une vitesse supérieure à la lumière, provoquent une luminescence par effet Tcherenkov. Les photomultiplicateurs, en regardant donc vers le bas, doivent détecter cette lumière. Par extrapolation, la direction de la source des neutrinos peut être repérée. Antares est donc un instrument qui utilise de façon très élégante la terre (et la mer) comme détecteur.

Comme beaucoup d'expériences en physique fondamentale, Antares intéresse également d'autres scientifiques. Dans le cas présent, il s'agit des biologistes s'intéressant à la bioluminescence des espèces sous-marines. Qui sont bien sûr indésirables pour les physiciens, mais ils ont plein d'astuces pour filtrer ces données "parasites" !

Visite

Nous avons terminé cet après-midi par la visite du "petit musée" du CPPM, qui permet de "toucher du doigt" des éléments de détecteurs Antares ou Atlas, et présente plusieurs panneaux très didactiques.

Ressources

Présentations

• Présentation de Fabrice Hubaut sur Atlas au LHC (15 Mo)
• Présentation de Jean-Jacques Aubert sur Antares (34 Mo)
• Le film de présentation d'Atlas (312 Mo) Noter que ce documentaire a reçu de nombreux prix.

Sites Internet :

• Site du CPPM
• Expérience Antares (et un résumé sur le site de l'Association pour l'Histoire et le Patrimoine Seynois)
• Expérience Atlas

Une sélection de livres :

• Proposés par Pierre-Yves Thoulon (83) :
  • Au-delà de l'espace et du temps par Marc Lachièze-Rey (2002, édition Le Pommier)
    Un panorama des théories physiques actuelles: super-symétrie, gravité quantique, supercordes, théorie M, etc.
  • La relativité dans tous ses états, par Laurent Nottale (2000, édition Hachette Pluriel Reference)
    Plus trapu : la théorie de "relativité d'échelle", sur les propriétés des particules aux échelles sub-particulaires
    (Cette théorie semble être sujet à controverse, si ce domaine vous intéresse, voir le site de Sylvain Poirier sur ce sujet).
  • Une brève histoire du temps, par Stephen Hawking (1991, édition Flammarion, collection Champs)
    Un classique sur la théorie du rayonnement des trous noirs
• Rappelons aussi parmi les ouvrages de notre Camarade Etienne Klein :
  • Petit voyage dans le monde des quanta, par Etienne Klein (2004, édition Flammarion, collection Champs)

Enfin, signalons le cycle de conférences "en ligne" de l'Université de Tous les Savoirs sur la physique fondamentale ("La théorie des cordes", "Les neutrinos dans l'univers", "La gravitation", etc.)