Le grand collisionneur de particules: un monstre qui donne à penser
LHC © CERN
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Cet article est issu du numéro 24 de Philosophie magazine « 24 - novembre 2008 », en kiosque le 30 octobre 2008. Découvrez le sommaire et commandez ce numéro.
La mise en service du grand collisionneur de particules du Cern, le plus grand instrument de physique jamais construit, est matière à réflexion. Fille de la modernité, la recherche fondamentale survivra-t-elle à la culture du résultat du monde postmoderne ?
Le 10 septembre dernier, la physique des particules a fait la une des journaux : pour la première fois, des faisceaux de protons ont fait le tour complet de l’anneau du LHC – Large Hadron Collider – le plus grand équipement scientifique jamais construit, enfoui à une centaine de mètres sous la frontière franco-suisse, dans un tunnel de 27 kilomètres de circonférence. On a parlé de « mise en service », pour un événement qui ne représente, en vérité, qu’une étape dans un long processus : un appareil de cette complexité ne saurait entrer en fonctionnement d’un seul coup, comme on inaugure un pont en coupant un ruban ! Des mois seront encore nécessaires pour apprendre à maîtriser la machine et étalonner les détecteurs, avant le début des véritables expériences. La merveille, la plus fantastique machine que les hommes aient jamais construite, est-elle visitable ? Malheureusement non, aucune chance de la voir figurer au programme d’un tour-opérateur. Mais une ultime occasion de contempler le mastodonte a été donnée en avril dernier, quand le Centre européen de la recherche nucléaire (Cern) a ouvert une dernière fois ses portes aux visiteurs, avant de commencer à tester les kilomètres de matériel ultra-sophistiqué installé au long du parcours.
Le temps est frisquet mais, malgré la longue queue qui s’étire à hauteur du puits principal, il en faudrait davantage pour décourager les habitants du pays de Gex, habitués aux hivers rigoureux et pourvus d’anoraks en conséquence, en fibres haute performance. Après quelques heures d’attente, les visiteurs, admis par groupes, sont dirigés vers une grande salle afin d’y être instruits des caractéristiques du projet, fruit de plus de vingt ans de collaboration entre une dizaine de milliers de scientifiques de par le monde. Le tunnel existait déjà : de 1989 à 2000, il a abrité le LEP (Large Electron-Positron Collider), qui permettait d’accélérer des électrons et leurs anti-particules, les positrons, puis de les faire se percuter et d’enregistrer les résultats. Mais l’énergie libérée par ces collisions était limitée par la faible masse des électrons. Comment aller au-delà ? En utilisant des protons, près de 2 000 fois plus massifs (les électrons sont des « leptons », du grec leptos, mince, léger, alors que les protons sont des « hadrons », du grec adros, épais, gros). Mais donner à ces particules une vitesse avoisinant celle de la lumière, tout en les maintenant dans l’anneau, n’est pas une mince affaire !
« La science restera toujours la satisfaction du plus haut désir de notre nature, la curiosité »
Ernest Renan, L'Avenir de la science
Le visiteur apprend que l’anneau, en réalité, n’est pas vraiment circulaire. Il est composé de huit secteurs rectilignes, où les particules sont accélérées par un champ électrique, entrecoupés de huit tronçons curvilignes où les trajectoires sont courbées par un champ magnétique intense. Comment créer un tel champ ? Par un courant énorme circulant dans des alliages de niobium et de titane qui, pour ne pas fondre, doivent être placés dans un état supraconducteur, ce qui suppose de les refroidir à – 271,3 °C par un système cryogénique à l’hélium liquide. Techniquement, on commence à sentir les complications… Pression : un dix-millième de milliardième d’atmosphère, pour éviter que le faisceau de protons ne se disperse. À plein régime, 2 808 paquets de 100 milliards de protons circuleront dans chaque tube, accomplissant plus de 11 000 fois le tour de l’anneau par seconde. Régulièrement, ces paquets seront précipités les uns contre les autres dans les collisionneurs situés au long de l’anneau, donnant lieu à 40 millions de collisions par seconde. Le gigantisme sera aussi informatique : il faudra savoir extraire, de la gigantesque meule des données, les très rares aiguilles intéressantes. Tâche réalisée en partie sur place et, surtout, grâce à une grille de calcul internationale, un maillage d’environ 200 centres de traitement sur la planète. Devant cette avalanche de chiffres, le visiteur est davantage appelé à s’émerveiller qu’à comprendre : sur les buts poursuivis, les explications demeurent floues. « Traquer les secrets de l’infiniment petit, qui sont aussi ceux de l’infiniment grand », « repousser encore plus loin les limites de la connaissance », « mettre en évidence le boson de Higgs »…
