Les Défis du CEA n°158 mars 2011
Les Défis du CEA n°158 mars 2011
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°158 de mars 2011

  • Périodicité : mensuel

  • Editeur : CEA

  • Format : (200 x 297) mm

  • Nombre de pages : 20

  • Taille du fichier PDF : 2,7 Mo

  • Dans ce numéro : physique des particules, Alice au pays des origines.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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8 Cern À la une les défis du cea mars 2011 « Les résultats d’Alice sont encourageants pour l’avenir puisque le faisceau d’ions de plombdu collisionneur n’a pas encore atteint sa pleine capacité. » Alberto Baldisseri, chercheur en physique nucléaire au CEA-Irfu » > TRÈS GRANDS INSTRUMENTS Au cours des dix dernières années, plusieurs équipes à travers le monde ont tenté l’opération en faisant s’entre - choquer dans de grands accélérateurs de plusieurs dizaines de kilomètres de circonférence non pas des protons ou des neutrons, mais des noyaux d’atomes d’or ou de plombqui ont l’avantage d’en contenir beaucoup. Leur objectif était de chauffer suffisamment, par ces collisions, les protons et les neutrons des noyaux pour que les liaisons qui emprisonnent habituellement les quarks et les gluons soient brisées et que ceux-ci évoluent librement. Avec un espoir : synthétiser durant un infime laps de temps de minuscules gouttelettes de cette soupe primordiale. Plasma de quarks et de gluons En l’an 2000, d’abord au Cern, puis au sein du collisionneur RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) de Brookhaven, près de New York, des expériences ont démontré que la méthode pouvait être employée pour créer ce qui ressemblait, sinon à un plasma de quarks et de gluons, du moins à un « nouvel état de la matière ». D’autres tests ont apporté des informations sur certaines caractéristiques de cet état. L’un d’eux, notamment, a établi en 2005 qu’en raison d’interactions subsistant entre les « quarks », celui-ci est animé de mouvements d’ensemble qui l’assimilerait plus à une sorte de liquide très peu visqueux qu’à un véritable gaz parfait où chaque quark et chaque gluon se déplaceraient de manière totalement indépendante. Mais ce n’est que tout à fait récemment, en mars 2010, que des physiciens travaillant au RHIC sur une expérience appelée Phénix, à laquelle participe le CEA-Irfu, ont fourni une preuve importante qu’il s’agissait bien d’un « plasma de quarks et de gluons » qui était fabriqué au cours de ces manipulations. En analysant le spectre de « lumière » diffusée par la matière chaude créée lors des chocs, cette équipe a réussi à montrer qu’elle était portée à plus de 2 500 milliards de degrés, soit 170 000 fois la température du centre du Soleil. Or ce chiffre est supérieur de 30% à la chaleur critique au-delà de laquelle les théories s’accordent pour prévoir la formation du plasma ! L’expérience Alice du Cern a pour mission d’aller plus loin en profitant de la puissance du LHC, un instrument qui devrait être en mesure de fabriquer le plasma en plus grande quantité, à plus hautes température et densité, et durant plus longtemps. « Le but est de pouvoir étudier cet état de la matière de façon plus détaillée, explique Alberto Baldisseri, chercheur au service de Physique nucléaire du CEA-Irfu à Saclay. Maintenant que nous savons que nous sommes probablement en mesure de le fabriquer, nous voudrions établir certaines de ses propriétés comme son diagramme de phase et son équation d’état. » Réunissant SUR LES TRACES DU PLASMA ORIGINEL Soudure d’interconnexions d’aimants du LHC dans le secteur de l’expérience Alice. Les aimants permettent de courber les trajectoires des faisceaux de particules pour qu’ils circulent dans l’accélérateur. Pas facile d’étudier le plasma de quarks et de gluons ! Cet état de la matière ne peut être généré qu’un trop bref instant et en trop petites quantités pour être directement observé. Aussi, les physiciens de la collaboration Alice se « contentent-ils » de relever les traces de son passage. Ce détecteur de 18 mètres de hauteur et de 20 mètres de long, conçu et construit en partie grâce aux efforts des équipes du CEA-Irfu, est l’un des quatre actuellement en service au LHC du Cern. En novembre 2010, dans cet immense accélérateur circulaire de 27 kilomètres de circonférence, des paquets d’ions de plombont, pour la première fois, circulé en sens inverse à des vitesses proches de celle de la lumière. Se rencontrant dans la partie centrale d’Alice, ces noyaux atomiques sont entrés en collision, créant des milliers de particules dont les caractéristiques ont été relevées une à une par les physiciens. Dans certains cas, ceux-ci ont pu en déduire que le choc avait provoqué la formation d’un plasma de quarks et de gluons.
Peter Ginter for Cern numéro 158 les d éfis du cea autour d’elle plus de 1000 physiciens issus de 115 instituts et de 35 pays, la machine Alice, qui n’a pas été conçue pour observer directement le plasma mais pour détecter toutes les particules qu’il génère, compte parmi les quatre immenses détecteurs actuellement en service dans l’accélérateur du Cern, le LHC, démarré voici deux ans. Après son redémarrage en mars 2010, celuici a d’abord fonctionné durant sept mois avec des protons pour les besoins des expériences dévolues à la recherche du boson de Higgs. Du 8 novembre au 6 décembre 2010, il a pour la première fois été utilisé pour réaliser des collisions d’ions de plomb, permettant ainsi aux physiciens d’Alice, mais aussi à ceux des détecteurs voisins Atlas et CMS, de commencer leurs études sur le plasma de quarks et de gluons. » > Aimant solénoïdal de l’expérience Alice, vu lorsqu’il était vide, c’est-à-dire pas encore empli par les détecteurs de la partie centrale d’Alice. 9



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