Lexprience du CERN: le rve, moteur de linvention

organisation europenne intergouvernementale ddie la recherche fondamentale en Physique des Particules (PP)20 pays membres europens. Mais dj labo mondial.

budget annuel ~ 1000 millions de FS cf Hpital de Genve ou ETH Zurich fait ~ la moiti de la PP mondiale.

2500 employs: physiciens applied, ingnieurs, techniciens. 7400 utilisateurs, de ~ 80 pays, 1/3 venant de pays non membres. rle important de formation des jeunes, de promotion de technologies de pointe. 3/4 du budget revient lindustrie. gouvernance : Conseil et Direction. Comits scientifiques: jugement des pairs. Dfi de la gestion des grands projets et expriences

Acclration des particules projectiles : e, p, p, etc

Collision entre projectiles:lnergie cintique devient masse, E = mc2Des particules neuves sont cres

Notre travail: dtection, mesure et identification de ces particulesBeaucoup de technologies de pointe ncessairespp

Que fait le CERN?LEPLHC

On guide et on acclre

On dtecte

On trie et on analyse

supraconductivit, cryognie He superfluide, soudures, etc matriaux, surfaces, ultravidemtrologie, excellente rsolution spatiale et temporelle, lectronique rapide, durcie, bon march mcanique de hauteprcision, intgrationslectivit ~ 107volume traiter ~ celui du rseau mondial de tlcom en 2003volume enregistrer ~ 10000Encyclopedia Britannica par sATLASou CMSau LHCnombre de physiciens ~ 2000nombre dinstituts ~ 150nombre de pays ~ 50WEB, GRID, une gestionscientifique intelligente...

bullestincellespremier W (1983) LEP1989-2000 G.Charpak:rvolution de 68 dtecteurs proportionnelsmultifils et leursvariantesActuellement, monte en puissance des dtecteurs semiconducteurs au silicium

quarkgluonQue veut-on slectionner?des collisions dures entre constituants des protons.leptons, jets (quarks, gluons) grande impulsion transverse nergie transverse manquante (neutrino, particule nouvelle invisible) etc... multi-jets, leptons,photons

ATLAS

Atlas: vnement dans le cas de grandes dimensions supplmentaires Trs haute luminosit, do:Forte irradiation Slectivit extrme (107) Flux dinformation gigantesque

EXEMPLE DE CMS250 m2 de dtecteurs micro-pistes en silicium20 millions de canaux dlectronique80000 cristaux de tungstate de plomb du fer rcupr des obus des bateaux de guerre russes

109 interactions par seconde par seconde, un volume dedonnes gal 10000Encyclopedia Britannicaun taux de donnes traites par son event builder~ gal celui du rseau mondial de tlcom en 2003

ATLAS introduction des pixelstorodes du tonneau au courant nominalCMS solnode OK 4 Tesla dbut de la descente

Pourquoi si grand?

On veut atteindre la plus haute nergie possible pour produire les particules les plus lourdes et la longueur donde la plus petite pour sonder les structures les plus fines.

On doit courber les trajectoires par des champs magntiques rayon de courbure ~ E / B angle de dviation ~ B L / E flche ~ L2 B / E

Il est impossible prsent de raliser plus de 9 Tesla dans les aimants de la machine, do la trs grande circonfrence du LHC.

Il est impossible dobtenir plus de 2 4 Tesla dans les grands aimantsdes expriences. Il est galement impossible de mesurer la flche dune trajectoire mieux que 100 microns environ. Donc une mesure prcise de lnergie rclame une grande longueur de champ magntique et donc de trs grandes tailles daimants.

de la dtection des photons, pour le boson de Higgs, la tomographie du marquage de la beaut limagerie LIBO, pour la hadronthrapie du cancerLe WEB, puis la Grille (LHCG, EGEE, OpenLab)lultravideamplificateur dnergieentre de courantchaude

Un super-microscope: ~ 1/E la faute de Broglie leptonsquarks univers transparent380000ansarchologie de luniversquelles furentses transitionsde phase?pourquoiquelque choseplutt que rien?LHC2007Les objets de nos tudesgrandeunification2008

On a compris quels sont les constituantsde la matire, quarks et leptons, rpts en trois familles. Ils sont qualifis d lmentaires parce que, jusqu 104 de la taille du proton (1017 cm), ils semblent ponctuels. Ce sont des fermions

On a compris comment ils interagissent, en changeant des particules appeles bosons, comme le photon. Nous avons compris que les forces lectromagntique et faible ont la mme structure et, en un sens, sont unifies (Nobel 84, entre autres). Nous avons compris les spcificits de la force forte (Nobel 2004).

Cest le contenu du Modle Standard, calculable et triomphalement valid.

Nous souponnons fortement ces trois forces dtreunifies trs haute nergie (1016 GeV), cest dire trs tt aprs le Big Bang (10-33 s) charme beaut

Alors, quest-ce qui ne va pas?

A lchelle du TeV des secteurs du MS explosent (probabilits > 1).Quelque chose de nouveau doit les calmer: boson de Higgs ou quivalent.

Le MS a un problme de hirarchie ou de rglage finQuelque chose doit stabiliser la hirarchie ou expliquer lapparent rglage fin. La Supersymtrie?

Le MS est bizarre: par ex. pourquoi trois familles? Elles sont ncessaires lasymtrie matire-antimatire, donc notre existence. Chercher une symtrie plus grande?

Le MS ignore la force de gravitation. La Supergravit?

Des faits exprimentaux poussent complter le MS: unification des couplages, masse non nulle des neutrinos: Grande Unification?

La Matire Noire. De quoi sagit-il? Supersymtrie?

LEnergie noire??

mathmatiquement possible...mais rien de tel dans notre monde......si elle existe, la Supersymtrie est une symtrie briseLA SUPERSYMETRIELE LHC NOUS DIRA SI CELACORRESPOND A LA REALITEOU RESTE UNE BELLE IDEELa Supersymtrie (SUSY pour les intimes) prsente beaucoup de progrspar rapport au Modle Standard.

Elle corrige certains de ses dfautsde cohrence les plus graves.

En outre elle pourrait apporterla rponse au problme de la Masse Cache de lUnivers.

Baryognse: asymtrie matireantimatire, cl de notre existence: quand sest-elle joue?

LUnivers liquide parfait cet instant?~ 1011 s: brisure de la symtrie lectrofaible, les particules acquirent leur masseHiggs, ou mcanisme quivalent?Supersymtrie et matire noire?Grandes extra dimensions?~ 1033s: Grande Unification? instabilit du proton? ~ 1044s: temps de Planck, Supercordes?

exprience ALICEau LHC

A priori, lois physiques symtriques entre matire et antimatire, qui auraient du sannihiler.Pourtant lUnivers (et nous) sommes l, faits de matire. Lantimatire semble avoir disparu.Une des cls est une trs lgre asymtrie de linteraction faible entre matire et antimatire, appele violation de la symtrie CP.Lexprience LHCb va en continuer ltude.Le scnario exact sera difficile dterminer.

LHCbCP

La physique des particules nourrit la cosmologie en lui fournissant les forces et constituants considrer au cours de lvolution de lUnivers. Inversement la cosmologie est une science observationnelle de ce labo remarquable quest lUnivers! Via quels messagers? Rayonnement lectromagntique, rayons cosmiques. Dans un futur proche: ondes gravitationnelles, neutrinos. Que voit-on? Un univers plat (euclidien),trs homogne (jadis), ayant subi unephase dinflation.

platfroid (2.73K) T/T~105Nobel 2006

Lexpansion de lUniverssemble sacclrer. Mystre!Energie noire, constante cosmologique, ou artefact du linhomognit actuelle de lUnivers?Le meilleur candidat est la particule la plus lgre de la Supersymtrie, stable et fossile dans lUnivers.La dcouverte de la Supersymtrieferait donc dune pierre deux coups.toiles, poussiresrotation desgalaxies

Un problme majeur et peut-tre une solution:

Mcanique quantique et Relativit gnrale ne font pas bon mnage. A lapproche de lchelle de Planck il faut pourtant quelles sentendent. Divergences (infinis): le point semble tre une fcheuse abstraction. Lide est de btir le monde partir dobjets de taille finie. Cest la thorie des Supercordes (G.Veneziano, J. Scherk, etc).

Cette thorie nest viable que dans un espace 10 ou 11 dimensions. Notre monde a trois dimensions despace. O sont les autres? Compactifies. A quelle taille? Entre 100 microns et la longueur de Planck (1033cm). La limite dpend de quelles forces et objets ont accs ces dimensions supplmentaires.Si tu ne vas pas Planck, Planck viendra toiex.1: la gravit semble faible parce quelle est la seule se diluer dans les extradimensions ex.2: la gravit semble faible car elle reste localise prs dune brane qui nest pas la ntre

Lisa Randall

nombre de possibilits decompactifications ~ 10500A chaque point de lespace-temps,attacher un espace supplmentairesphre espace 6 dimensionsvue dartisteAssoci lide dinflation permanente, cela veut dire quautant dunivers, avec des jeux de paramtres diffrents, ont t essays. Nous sommes dans un univers qui a russi.Avec autant dessais, inutile de se poser laquestion dun rglage fin. Un tournant dans lascience?

spculations....Le multiverse et une slection de type anthropique? Aucune rfrence un grand dessein. Mais notre science changerait de perspective.Les rsultats du LHC seront cruciaux: validation ou non dune thorie explicative comme la Supersymtrie? De telles explications ont dja eu lieu en physique moderne: par exemple invention et dcouverte de lantiparticule.Argumentation anthropique ou non, il nen reste pas moins que nous devons comprendre la cohrence de notre univers. Par exemple le problme de la constante cosmologique.

LA PHYSIQUE DES PARTICULES NEST PAS UN ROMANExcellentes relations avec le Vatican

Oui, les antiparticules existent et on en produit autant que de particules. Mais les antiprotons sont rares. Concentrer, ralentir et stocker des p dans une bouteille lectromagntique est biencompliqu et de rendement infinitsimal.

En 1996, sur lanneau LEAR, quelques atomes dantihydrogne furent crs. En 2002, sur lAD (Anneau de Dclration) on en a fait quelques 104. A ce rythme il faudrait 25 1015 annes pour remplir un ballon denfant dantihydrogne. Si mme on savait stocker toute lantimatire jamais produite au CERN et lannihiler cela ne tiendrait allume une ampoule lectrique que quelques minutes. Pour faire la bombe du roman il faudrait ~ 2 109 annes de fonctionnement.

ModleStandardthorie effective valable jusqu extradimensions de grande taillesolutions au petit problme de hirarchie: le Petit Higgs,

davantage de symtrie: Supersymtrie, Grande Unificationnouvelles forces et/ounouveaux constituants:brisure forte de la symtrie lectrofaible,Technicouleur

dsaccord avec les mesures de prcision?mh2 logarithmique en lchelle de Planck plus basse nergie? on oublie les problmes de hirarchieSplit SUSY,argumentsanthropiques

topHiggsSUSY dimensionssupplmentairesdifficile!xmasseETmissmassemasse

Comment sest brise la symtrie lectrofaible?Le photon est de masse nulle, le Z0 pse 91 GeVComment les particules ont-elles acquis leur masse?Par le mcanisme de Higgs, ou par une alternative?

Y a-t-il Grande Unification?

La Supersymtrie lgre est-elle une ralit?

Quelle est la nature de la matire noire?

Lespace a-t-il de grandes dimensions supplmentaires?

O est passe lantimatire? Pourquoi quelque chose plutt que rien?Le LHC le dira

dure de vie du proton?

Le LHC le dira

Le LHC le dira peut-treLe LHC le dira peut-tre

Usines Beaut,LHC, physiquedes neutrinos?