Des instruments gigantesques pour observer d'infimes particules

Parmi les mastodontes de la physique contemporaine, il y a le fameux LHC (le grand collisionneur d'hadrons) du Cern, mis à l'honneur cette semaine, avec l'attribution mercredi dernier du prix Nobel de Physique à François Englert et Peter Higgs. Les deux Lauréats avaient prévu de façon théorique l'existence du boson de Higgs en 1964. Un demi-siècle plus tard le LHC a permis de détecter cette particule, la dernière qui manquait au puzzle de la théorie physique dite du "model standard" . Au-delà des technologies très pointues qu'il  a fallu mettre en œuvre pour faire cette découverte, les dimensions du LHC ont de quoi donner le tournis. Un tunnel circulaire de 27 kilomètres creusé  à 100 mètres sous Terre à la frontière franco-suisse. C'est dans cet anneau gigantesque que des faisceaux de particules (des protons le plus souvent) circulent en sens inverse et entrent en collision au niveau de détecteurs chargés de déceler les nouvelles particules générées par ces collisions. Le plus grand de ses détecteurs se nomme Atlas. Il est haut comme un immeuble de 6 étages. 

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Le détecteur Antares 

Les scientifiques qui s'intéressent à des particules qui nous arrivent du cosmos utilisent,  également,  des instruments qui atteignent des tailles record. C'est le cas du détecteur Antares qui du fond de la mer méditerranée traque les traces du passage de neutrinos de haute énergie. Ces  particules produites au cœur des astres les plus violents de l'Univers comme les trous noirs, sont particulièrement difficiles à observer car elles interagissent très peu avec la matière. Alors pour les étudier les chercheurs ont construit un détecteur vraiment étonnant. Baptisé Antares, il a été installé au fond de la mer méditerranée au large de Toulon à 2 500 mètres de profondeur. Après avoir traversé le centre de notre planète, une infime proportion des neutrinos de haute énergie produisent en ressortant  une nouvelle petite particule appelée muon. En traversant l'eau cette particule va générer un cône de lumière bleue. Ce sont ces cônes de lumières bleues que le détecteur Antarès guette. De cette lueur fugace les scientifiques peuvent déduire l'énergie et la trajectoire du muon qui l'a produite  pour ensuite remonter à celles du neutrino à l'origine de cette réaction en chaine. Antarès comprend  900 sphères de verres d'une quarantaine de centimètres de diamètre renfermant des récepteurs. Ces 900 yeux sont  répartis sur  12 lignes verticales de 350 mètres de longueurs espacées les unes des autres de 70 mètres. Grâce à ce dispositif impressionnant les astrophysiciens espèrent en apprendre d'avantage sur les astres très lointains qui ont émis ces particules.

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L'observatoire Pierre Auger

On trouve aussi des détecteurs de particules cosmiques sur la terre ferme. En Argentine par exemple les chercheurs ont construit le plus vaste réseau de détecteurs jamais conçu : L'observatoire Pierre Auger. Il s'étend dans la Pampa sur plus de 3.000 km2. Avec pas moins de 1.660 détecteurs pour quadriller le terrain. Là encore il s'agit d'étudier des particules de très hautes énergies venues de l'espace. Ces particules interagissent avec l'atmosphère et se faisant elles produisent un grand nombre de particules secondaires qui vont venir frapper la Terre. Ce sont ces particules secondaires que les appareils de l'observatoire Pierre Auger détectent pour en déduire les caractéristiques de la particule primaire dont elles sont issues. Grâce cet observatoire inauguré en 2008 les scientifiques ont remarqué que ces particules de très hautes énergies proviennent des régions de l'Univers les plus denses en Galaxie. Voilà comment cet observatoire tout comme Antares  en accédant au monde de l'infiniment petit nous ouvre une porte sur l'infiniment grand.

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Le programme de la fête de la science 2013 

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