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CERN: Étude de la physique des particules en Europe

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La curiosité humaine est illimitée. Il a envie de connaître l'origine et l'évolution de la vie et cherche à trouver des réponses à ces questions dans la religion, la philosophie et plus récemment dans la science. Preuve de cette curiosité sont les résultats de recherches sur tout sujet qui apparaissent quotidiennement. Cependant, aujourd'hui, contrairement à d'autres occasions, la nouvelle qui mérite une mention spéciale ne se limite pas à un seul champ de recherche et ne vient pas des États-Unis. En effet, l'accélérateur de particules LEP du CERN, de grande importance dans la recherche européenne, a été fermé le 2 novembre dernier. Ce fait a été un jalon et ce n'est pas pour moins parce que, d'une part, l'activité de onze ans a été la base de nombreuses recherches et, d'autre part, a été le symbole de la science européenne.

L'Organisation européenne de recherche nucléaire (CERN) a décidé de fermer l'accélérateur de particules LEP (Large Electron-Positron collider) situé entre la France et la Suisse. Ils devaient d'abord se fermer en septembre 2000, mais dans l'espoir de retrouver les mystérieuses particules de Higgs, ils ont décidé de reporter la fermeture au 2 novembre. La détection des particules de Higgs constituerait un grand pas pour comprendre l'origine de la masse des particules. Malgré les conclusions assez encourageantes, il a été préférable de ne pas prolonger l'activité des NTR jusqu'en 2001, car elle aurait une grande influence sur la construction de l'accélérateur LHC et sur les autres projets du CERN.

Le directeur du CERN, Luciano Maiani, a affirmé que ce n'était pas une décision facile, car l'OPE avait une importance capitale dans la recherche scientifique européenne et la reconnaissance totale des personnes travaillant sur la physique des particules. En fait, l'OPE était le premier accélérateur européen beaucoup plus avancé qu'aux États-Unis. Cependant, ils soulignent que cette décision difficile était nécessaire, malgré les nombreux résultats obtenus dans l'activité continue de onze ans, puisque l'OPE ne garantissait pas une précision suffisante. Par exemple, pour connaître l'énergie des particules, il est nécessaire de connaître précisément leur trajectoire. Le problème est que, en raison de l'action de la lune et du soleil, le sol se déforme lentement, de sorte que, malgré générer une déformation d'un millimètre sur une longueur de 27 kilomètres, il est un effet à considérer dans les études du CERN. Cependant, les Européens qui travaillent sur la physique des particules n'ont aucune raison de s'inquiéter, car au même endroit l'accélérateur LHC remplira l'écart laissé par les LEP. L'accélérateur LHC permettra de travailler à haute énergie d'un teraelectronvolt.

Qu'est-ce qu'un accélérateur de particules ?

Les accélérateurs sont utilisés pour la recherche des particules élémentaires qui forment la matière et, selon les experts, sont les principaux et les plus précis instruments scientifiques élaborés par l'homme. Il existe deux types d'accélérateurs : les linéaires (appelés linac) et les circulaires (cyclotrons), mais le champ électrique et le champ magnétique sont tous deux nécessaires. Le champ électrique apporte de l'énergie aux particules, les accélérant, tandis que le champ magnétique maintient la focalisation exacte du faisceau de particules. Dans les linacs, les particules filtrent des champs électriques continus qui augmentent leur énergie, tandis que dans les cyclotrons, en tournant et en passant par le même champ électrique, elles parviennent à stocker l'énergie. À mesure que la vitesse des particules s'accélère, la tendance à l'écart augmente également et, à ce niveau, le principal avantage de l'OPE était: Grâce à une circonférence de 27 kilomètres, la plus petite courbe pourrait être affectée.

Les dernières pièces clés des accélérateurs sont des détecteurs pour observer les particules et leurs chocs. Lorsque les particules atteignent une vitesse relativement élevée, elles se cassent contre les fines ou par le choc. Les détecteurs permettent d'identifier les particules et de déterminer leur trajectoire. L'OPE comptait quatre détecteurs : Aleph, L-3, Delphes et Opal.

Découvertes de l'accélérateur LEP

Sans aucun doute, l'accélérateur de particules LEP est l'un des symboles les plus importants de la recherche scientifique européenne. Depuis sa mise en service il y a onze ans jusqu'au dernier mois, il a été témoin de découvertes continues. Les experts en physique des particules n'ont fait que des louanges, année après année, dans un accélérateur où de plus en plus de mesures de précision ont été prises.

À la suite de ces mesures, les physiciens travaillent sur l'union de quatre interactions, électrique, magnétique et nucléaire violente et faible. Déjà dans la théorie appelée modèle standard dans la physique des particules, des interactions électromagnétiques et nucléaires faibles se sont unies, et il faut maintenant ajouter des interactions nucléaires fortes (subnucléaires). Cependant, grâce à des mesures de grande précision, cette dernière théorie et le modèle standard, dans l'histoire de la physique, est devenue le cadre conceptuel le plus complet et développé.

Parmi les mesures concrètes, on peut citer l'intensité des interactions violentes, la masse et les propriétés les plus précises des particules Z et W. Les particules Z et W sont responsables d'interactions faibles et sont surtout à la base de désintégrations radioactives. Les propriétés de leptoi, de quark xarma et de faibles particules peuvent également être citées.

Mais, sans doute, les mesures les plus importantes qui ont été menées dans les années ont été les interactions électromagnétiques en haute énergie (90.000 et 210.000 millions d'électroniques). Ces mesures ont permis de déduire la masse de quarks, l'existence et la masse de quarks supérieurs.

Désormais, la tâche principale des physiciens de particules est d'identifier l'origine de la masse de particules. Dans le modèle standard, les particules obtiennent leur masse par le mécanisme appelé Higgs. Selon cette théorie, toutes les particules et vecteurs de force interagissent avec la particule appelée boson de higgs. L'intensité de cette interaction générerait ce que nous appelons la masse : à plus grande intensité, plus grande masse. Au cours des derniers mois, l'OPE s'est concentrée sur l'identification des particules de Higgs. Les résultats ont été satisfaisants, mais ce travail n'a pas été possible.

Du point de vue politique, la principale préoccupation des physiciens européens est de savoir si, après avoir été si près de cette importante découverte, la réponse à cette question sera trouvée par les physiciens américains dans les cinq ans avant la mise en marche de l'accélérateur LHC.

Études précieuses

Bien que les accélérateurs aient initialement été développés pour la physique, ils sont actuellement utilisés à des fins pratiques dans d'autres domaines scientifiques, dans l'industrie et la médecine, tels que les processus de polymérisation, traitement des déchets et stérilisation des aliments. La médecine a également de multiples applications, car les cyclotrons produisent des isotopes localisables dans le corps humain. D'autre part, des accélérateurs de protons sont également utilisés pour éliminer les tumeurs profondes, car les protons reposent la plupart de l'énergie à la fin du parcours, sans endommager les couches superficielles ni les organes vulnérables.

L'une des applications les plus réussies des accélérateurs de particules est aujourd'hui la capacité de produire une énergie propre et illimitée en toute sécurité. L'idée de l'ancien directeur du CERN, Carlo Rubbia, a été d'unir l'accélérateur de particules au réacteur nucléaire. Un accélérateur de particules sera utilisé pour la production de neutrons obligatoires pour la fission nucléaire. Ce nouveau système, contrairement au réacteur de fission conventionnel, a besoin d'énergie pour fonctionner, mais sa génération est beaucoup plus grande que celle qu'elle consomme. C'est pourquoi son auteur l'appelle amplificateur d'énergie. En outre, ce système ne générerait pas de déchets nucléaires dangereux. En 1995, on a également pensé à l'utilisation de l'amplificateur d'énergie pour l'incinération des noyaux de déchets de longue durée. L'idée est d'ajouter au thorium des déchets dangereux comme le plutonium pour participer à des réactions de rupture et ainsi se désintégrer en éléments non dangereux. En 1996, ils ont développé l'idée du CERN et ont démontré que les déchets peuvent être désintégrés, ils ont découvert que les sous-produits sont des isotopes avec des applications médicales.

Que compose la matière ?

Le monde qui nous entoure est un monde de matières très variées, et il est vraiment surprenant de voir que toutes sont formées par quelques particules élémentaires. Les particules élémentaires, quarks et leptois peuvent être réunis en deux familles.

QUARKgora behaxarma arrotzgoi LEPTOIélectron neutrine-électron neutrine-muoitau neutrine-tau

On distingue quatre types de matières, la matière commune, la matière cosmique, la matière à haute énergie et l'antituerie.

Matière commune

Toute la matière que nous connaissons jusqu'ici dans l'univers est faite d'une centaine d'atomes. Les atomes sont formés par le noyau et les électrons qui tournent autour de lui. Le noyau est composé de noyaux -protons et neutrons. Les électrons ne semblent pas avoir la structure interne. Au contraire, les nucléons sont des particules composées formées de trois quarkes. Seuls deux quarks, haut et bas, sont nécessaires pour former des protons et des neutrons. Pour compléter la table des particules élémentaires, il faut ajouter une autre particule, l'électron de neutrino. C'est une particule neutre et très légère, indispensable dans les réactions dans lesquelles les protons deviennent des neutrons, même dans les réciproques. Ces réactions sont nécessaires pour que la matière atteigne sa forme stable.

Matière cosmique

Les noyaux atomiques à haute énergie (essentiellement des protons) provenant de l'espace sont le résultat du faisceau de particules qui se produit lors du choc des radiations avec les atomes de la haute atmosphère.

La matière cosmique n'est pas seulement des électrons, des neutrons et des protons, mais aussi d'autres types de particules. Pour comprendre les radiations cosmiques, il faut un muon, un muon neutrino et un quark étrange. Dans les radiations cosmiques proches du soleil il y a des muons 210 fois plus lourds que les électrons. Après 2,2 microsecondes, les muons deviennent des électrons. Son excès de masse est distribué sous forme d'énergie cinétique entre les électrons, les électrons neutrinos et les muons neutrinos.

Matière haute énergie

Les radiations cosmiques sont en partie des laboratoires naturels de grande énergie, mais il est très difficile de les étudier. C'est pourquoi, dans des laboratoires comme le CERN, de nouvelles particules ont été détectées, comme le laiton. Tau est une particule chargée comme l'électron, mais elle est beaucoup plus lourde que l'électron et le muon et a une vie très courte. Le laiton peut devenir un électron et un muon, mais à chaque désintégration il génère son homologue particule neutrine-tau. D'autres particules formées par des collisions de grande énergie sont constituées de quarkes, mais ce ne sont pas les formes quarks que nous connaissions jusqu'ici. Ils sont composés de charme, haut et bas poids.

Antimaterie

Toutes les particules élémentaires ont leur propre antiparticule. Les antipartas sont comme l'image du miroir, c'est-à-dire ils ressemblent beaucoup à la particule, mais ils ont des propriétés opposées comme la charge électrique. L'électron, par exemple, a une charge électrique négative et son antiparticules, appelés positrons, a une charge positive. L'antiparticule est formé avec la particule. Quand une particule se joint à son antiparticulocorrespondant, par un processus appelé élimination, ils deviennent énergie.