Le Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) du CERN, l’accélérateur de particules le plus puissant de la planète, vient de générer ses toutes premières collisions d’ions d’oxygène. Une étape qui marque le début d’une nouvelle campagne scientifique fascinante.
Jusqu’à présent, cette machine formidable était surtout connue pour ses collisions entre protons — des particules subatomiques qui constituent les noyaux des atomes aux côtés des neutrons, et qui sont donc omniprésentes dans la matière qui nous entoure. Ces opérations ont conduit à des progrès absolument énormes dans le domaine de la physique des particules, comme la découverte du fameux boson de Higgs, responsable de la masse de nombreuses particules élémentaires.
Des protons, mais pas seulement
Ce qui est moins connu, en revanche, c’est que le LHC ne se contente pas de concasser des protons. Depuis 2010, il génère aussi des collisions entre des objets plus lourds, notamment des atomes de plomb. Ces dernières sont également très importantes sur le plan scientifique. Elles ont, par exemple, conduit à l’observation du plasma quarks-gluons, un état de la matière suspecté d’avoir existé dans les premières microsecondes après le Big Bang.
Mais même si ces expériences ont été extrêmement productives, beaucoup de questions restent ouvertes sur ce plasma quarks-gluons et sur les conditions qui régnaient dans l’univers primordial. Le CERN a donc décidé d’explorer sa dynamique sous un autre angle, en réalisant pour la première fois des collisions inédites entre des noyaux plus légers que le plomb, mais plus lourds que les protons.
Les premières collisions d’oxygène et de néon
Cette nouvelle campagne s’est ouverte le 29 juin dernier, au terme d’une longue phase de préparation et de calibration, qui consistait à configurer les instruments pour gérer deux nouveaux types de particules : des ions d’oxygène et de néon.
Les opérateurs du LHC ont déjà commencé par les expériences les plus délicates, à savoir les collisions entre des protons et des ions d’oxygène. Elles sont particulièrement difficiles à mettre en place, car les deux objets présentent des masses et des charges électriques très différentes. Par conséquent, le puissant champ électromagnétique à l’intérieur de l’accélérateur les affecte différemment. Il a donc fallu calibrer minutieusement les propriétés de chaque faisceau pour que les collisions se déroulent précisément au cœur des détecteurs du LHC, et non pas à des endroits imprévisibles, sous peine d’obtenir des données inexploitables.
Mais le jeu en vaut la chandelle. Ces collisions permettent en effet aux chercheurs d’étudier la manière dont les rayonnements cosmiques interagissent avec l’oxygène présent dans la haute atmosphère. Elles servent aussi de référence pour d’autres types de collisions avec des éléments plus lourds.
Au terme de cette première phase de deux jours, le LHC est passé aux collisions oxygène-oxygène. Ces dernières sont un brin plus simples à mettre en place, mais tout aussi précieuses scientifiquement parlant. Elles permettent notamment de produire des “gouttes” de plasma quarks-gluons de taille intermédiaire, à mi-chemin entre celles qui résultent des collisions proton-proton et plomb-plomb.
Pour finir, les ingénieurs et techniciens du CERN vont procéder à une dernière reconfiguration avant la dernière étape de cette campagne : les collisions néon-néon. En complément des collisions protons-oxygène et oxygène-oxygène, elles permettront aux physiciens d’explorer comment des noyaux aux masses différentes affectent le comportement du plasma.
Une montagne de données sur l’Univers primordial
D’ici la fin de cette campagne, le 9 juillet, les détecteurs du LHC auront enregistré des millions d’interactions uniques qui constituent chacune une pièce du grand puzzle de l’univers primordial.
Il faudra évidemment laisser du temps aux spécialistes pour les analyser consciencieusement — un processus qui prendra sûrement plusieurs mois au minimum. Mais les résultats à venir pourraient bien redéfinir notre compréhension des origines de la matière, et il s’agira donc d’un rendez-vous incontournable pour les passionnés de physique fondamentale.
🟣 Pour ne manquer aucune news sur le Journal du Geek, suivez-nous sur Google et sur notre canal WhatsApp. Et si vous nous adorez, on a une newsletter tous les matins.
