Conférence sur le Large Hadron Collider (LHC) 20 octobre 2010 - Synchrotron Soleil - Nicolas Arnaud ()

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Conférence sur le Large Hadron Collider (LHC) 20 octobre 2010 - Synchrotron Soleil - Nicolas Arnaud ()
Conférence sur le Large Hadron Collider (LHC)

       20 octobre 2010 – Synchrotron Soleil

      Nicolas Arnaud (narnaud@lal.in2p3.fr)
                        (        @       p )
Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (CNRS/IN2P3)
Conférence sur le Large Hadron Collider (LHC) 20 octobre 2010 - Synchrotron Soleil - Nicolas Arnaud ()
Sommaire
 Introduction : une (très) brève histoire de la physique des particules
 La théorie actuelle : le Modèle Standard

 Accélérateurs et collisionneurs
 Détecteurs

 L’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN)
 Le Grand Collisionneur à Hadrons – Large Hadron Collider
                                                    Collider, LHC

 La revue de vulgarisation Élémentaire
 Le projet Passeport pour les deux infinis

                                                                           2
Conférence sur le Large Hadron Collider (LHC) 20 octobre 2010 - Synchrotron Soleil - Nicolas Arnaud ()
Une (très) brève histoire de
la physique des particules

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Conférence sur le Large Hadron Collider (LHC) 20 octobre 2010 - Synchrotron Soleil - Nicolas Arnaud ()
Une (très) brève histoire des particules
 L’atome est un concept vieux de 2500 ans !
   Les philosophes cherchent à expliquer la Nature
                                (« Physis » en Grec)

 Anaxagore
       g    : « Il y a quelque
                       q q chose de chaque
                                       q chose dans toutes les choses »

 Atomisme : Démocrite, Épicure, Lucrèce
   « Atoma » signifie
                  g      « indivisible » en g
                                            grec
   Les atomes sont petits, élémentaires et pleins
   Les atomes se déplacent, s’assemblent et se séparent dans le vide, infini
   Il y a différents types d’atomes
                            d atomes – les plus légers forment ll’âme
                                                                  âme !
   Les atomes sont éternels et peuvent à l’infini former de nouvelles structures
   Vision du monde opposée au Christianisme ; elle tombe dans l’oubli

 XVIIème – XVIIIème siècle : les premiers chimistes
   Boyle : Une théorie scientifique valable est basée sur l’expérience
   Lavoisier
    L i i : lesl molécules
                      lé l contiennent
                                  ti     t plus
                                            l d’un
                                                d’ élément
                                                     élé     t chimique
                                                                hi i
   Gay-Lussac : 2 H + O  H2O ; les éléments chimiques sont à la base de la matière
   Dalton : chaque élément chimique est fait d’un type d’atome unique
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Une (très) brève histoire des particules
 1869, Mendeleiev : la classification périodique des éléments
                                                 Uniquement
                                                     q        basée sur l’expérience
                                                                            p
                                                 Confirmation des décennies après
                                                 Cases laissées vides, remplies
                                                                           p     plus
                                                                                 p
                                                  tard… comme prévu par Mendeleiev !
                                                 Mendelevium (101ème élément, 1957)

 Radioactivité : émission spontanée
                            p        de radiation ((= d’énergie)
                                                            g )

    Röngten (1895)            Becquerel (1896)             Pierre et Marie Curie
    Découverte des            Découverte de la            découvrent le polonium
      rayons X              radioactivité naturelle         et le radium (1898)
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Une (très) brève histoire des particules
 1897, J.J. Thomson : découverte de l’électron – appelé « rayon cathodique »

 1905, A. Einstein : « Annus Mirabilis »
   Relativité restreinte
     E = mc2
   Effet photo-électrique
    Le photon est le quantum d’énergie
      pour les ondes électromagnétiques
   Théorie du mouvement brownien                       Modèle Standard

     Prouve l’existence des molécules

 E. Rutherford
   1909 : découverte du noyau                   1918 : découverte du proton
     ~ 10 000 ffois
                  i plus
                      l petit
                            i                      baptisé
                                                     b i é en l’honneur
                                                               l’h        de
                                                                          d W.
                                                                             W Prout
                                                                               P
       que l’atome                                    [1815 : matome  mH  atome]

                                                                                6
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Une (très) brève histoire des particules
 1932, J. Chadwick : découverte du neutron
   « Manqué » par F. et I. Joliot-Curie

 Rayons cosmiques : un vivier de nouvelles particules
  ~90% p
       protons,, ~9% He,, ~1% électrons…

 1932, C. Anderson : découverte du positron
   1ère particule dd’antimatière
                      antimatière
   Prédite par le théoricien P.A.M. Dirac en 1928

              Positron               1936,
                                      1936 C.
                                            C Anderson : découverte du muon
 Plaque
                                       Même charge que l’électron
de plomb                               Masse intermédiaire entre électron et proton
               
            Champ
           magnétique

                                     I. Rabi, Prix Nobel                     7
                                      de Physique 1944
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Le zoo des particules
 Après la fin de la seconde guerre mondiale, de nouvelles
  particules sont découvertes par dizaines dans les rayons
  cosmiques puis les accélérateurs
   Comment mettre de l’ordre dans ce bestiaire ?

                                                             8
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Les quarks
 En fait, la plupart de ces nouvelles particules
  sont composés de 2 ou 3 quarks
   Exemples : les protons et les neutrons

 L’interaction forte lie les q
                              quarks dans ces
  particules, appelées hadrons

 Il nn’y
        y a que 6 types (ou « saveurs ») de quarks
   La situation redevient simple !

LL’existence
    existence des quarks est proposée au milieu des années 1960
 Celle des 2 (+1) premiers quarks est confirmée expérimentalement
  à la fin de la décennie au Stanford Linear Accelerator Center

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                       SLAC (Californie)
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Une (très) brève histoire des particules
 1974 : Découverte simultanée du 4ème quark
         dans deux laboratoires américains
          « Révolution de novembre »

 1977 : Découverte du 5ème q
                            quark
 1995 : Découverte du 6ème quark     à Fermilab
                                            il b

 2000 : L’observation du neutrino-tau conclut la recherche des particules
         de matière (ou fermions, 12 au total) prédites par la théorie.      10
Le Modèle Standard de
la physique des particules

                         11
Le Modèle Standard
 12 particules élémentaires     http://quarks.lal.in2p3.fr/afficheComposants/index.html
   3 leptons chargés
   6 quarks
   3 neutrinos

 3 familles
   la 1ère  matière
   antimatière

 3 forces
   interaction forte
   interaction faible
   électromagnétisme
   gravité
          i é négligeable
               é li bl
   bosons médiateurs

 2 piliers
   Mécanique quantique (infiniment petit)       Petites distances  hautes énergies
   Relativité restreinte (hautes énergies)
De très (trop ?) nombreux succès
 Le Modèle Standard a été bâti dans les années 1960-1970 en rassemblant plusieurs
  théories dont les paramètres libres ont été ajustés pour « coller » à l’expérience

 L’accord entre le Modèle Standard et les mesures est excellent
   Aucune expérience
               p        ne l’a vraiment mis en défaut depuis
                                                         p pplus de 3 décennies !
       Exemple : la matrice « CKM »

                                             C           K          M
                                            Exemple : le « moment magnétique
                                                      anormal » du muon

                                                                              13
Le boson de Higgs
 Seule particule du Modèle Standard à ne
  pas (encore !?) avoir été découverte
   Sa masse est un paramètre libre

 Particule cruciale p
                     pour la théorie :
   Joue un rôle dans l’unification électrofaible
   « Donne leur masse » aux autres particules élémentaires

 La chasse est ouverte depuis plus d’une décennie
   Objectif principal du LHC
  L L’étau
       étau se ressère (LEP + Tevatron)        Boson
                                              de Higgs

                                                         Tevatron
                                              LHC

                                                        Matière
                                                      (Conquête du
                                                     M dèl Standard)
                                                     Modèle St d d)

                                                                       14
Au-delà du Modèle Standard
 Limites du Modèle Standard
   N’explique pas certains phénomènes :     Les masses des neutrinos
                                             La matière noire
                                             L’asymétrie matière-antimatière
  N’est p
         pas valide à très haute énergie
                                     g
  Ignore la gravitation

 Il doit exister une « nouvelle p
                                 physique
                                   y q » décrite p
                                                 par une théorie plus
                                                                 p fondamentale

 Problèmes : où la chercher ? A quelle énergie ?
   Le Modèle Standard ne montre p  pas de signe
                                             g de faiblesse !

 Deux types d’expériences
   « à découverte » : LHC,, Tevatron
   « de précision » : LEP, BaBar/SuperB, MEG, NA62, etc.
   Faute d’indice probant, toutes les pistes sont explorées !

 Il faut tester les propositions des théoriciens
   Particules, interactions ou … dimensions supplémentaires                   15
Accélérateurs
       &
Collisionneurs

                 16
Les accélérateurs de particules
 Plus on veut sonder la matière aux petites échelles, plus il faut d’énergie
   Exemple des ondes électromagnétiques : énergie  1 / (longueur d’onde)

 La plupart des particules sont instables  elles n’existent pas dans la Nature
   Il faut les produire artificiellement
   En grande quantité pour obtenir des mesures de qualité
   Les accélérer pour leur donner l’énergie souhaitée
   Les
     L amener/créer
                 / é au cœur des  d détecteurs
                                      dé       construits
                                                       i spécialement
                                                            é i l       pour les
                                                                             l étudier
                                                                                 é di

 Moyens :
                                                  
                                        
   la force électromagnétique   F  q Ev B            Uniquement des
   la relativié restreinte                             particules chargées
                                 E  mc 2
Les accélérateurs de particules
 On accélère les particules à                                         On les pilote avec des
  l’aide d’un champ électrique                                          champs magnétiques

 Les particules « surfent » sur des ondes électromagnétiques

 Les oscilloscopes et les tubes TV cathodiques sont des accélérateurs !

                                        Tube d'oscilloscope
                                1 : électrodes déviant le faisceau
                                       2 : canon à électrons
                                     3 : faisceaux d'électrons
                          4 : bobine pour faire converger le faisceau                            18
                    5 : face intérieur de l'écran recouverte de phosphore
Où prend-on les particules ?
 Production des particules
   Electrons (LEP)
     arrachés d’un filament métallique chauffé

  Positrons ((antimatière !))                                    Effet photoélectrique
    par collision d’électrons sur une plaque métallique

  Protons (LHC)
                                       un proton                      (charge +)
    on utilise des atomes d’hydrogène
                                       un électron                    (charge )
    un très fort champ électrique brise la cohésion des atomes           CERN
    les particules de charges opposées se séparent
    on récupère les protons, injectés dans l’accélérateur

 Les particules ainsi produites
  sont « mises en forme » avant
  d’être accélérées fortement      Assez de protons pour des années
                                     de fonctionnement du LHC !                     19
                                                                                          19
Les accélérateurs linéaires
         Principe des premiers accélérateurs linéaires             1956

                                                Dans les cavités
                                                séparant deux
                                                 électrodes les
                                                particules sont
Temps

                                                    toujours
                                                  repoussées
                                               par la précédente
                                               et attirées par la
                                                   suivante.

         Aujourd’hui : les particules surfent sur une
                        onde
                           d électromagnétique
                              él            éi

                                                                           20
Les accélérateurs circulaires
 Premier accélérateur circulaire : le cyclotron de Lawrence en 1931
   Champ magnétique constant
   Zone avec champ électrique
     Accélération
 La trajectoire
        j        est une spirale
                          p

 Aujourd
  Aujourd’hui
          hui : le champ magnétique suit ll’accélération
                                            accélération
   Trajectoires quasi-circulaires

L
 L’anneau
   anneau du LHC (utilisée auparavant par le LEP)
  fait ~ 27 km de circonférence

 Problème
  P blè : lesl particules
                    i l n’aiment
                            ’ i      pas tourner en rondd
   Elles perdent de l’énergie à chaque virage
   pour les accélérateurs de particules
      Présence de zones rectilignes de « réaccélération »
   pour SOLEIL qui utilise la lumière synchrotron ainsi produite      21

      C’est une autre histoire …
Les collisionneurs
 Accélération dans des sections droites                                      Collisionneur
                                                                               ~ 2,2 km de
 Collisions de faisceaux dans des anneaux circulaires                        circonférence
   Taille de la machine « réduite »                          San Francisco
                                                                à 50 km
   Particules produisent des collisions à chaque tour
   Les collisions « frontales » p
                                 permettent d’utiliser
    au mieux l’énergie disponible
 Les particules sont organisées en paquets très denses                              SLAC
   Elles sont très petites
   On veut être sûr d’avoir des collisions à chaque croisement
   Les p
        particules sont pproduites en série
 Les particules circulent dans un tube à vide pour minimiser
  les collisions parasites avec les molécules d’air résiduelles
 Les particules sont (ultra)-relativistes : vptc ~ vlumière (300 000 km/s)
 Précision d’horlogerie au-milieu d’une grosse machine
   Taille de la zone de collision : ~ cm (plutôt moins)
   Taille de l’accélérateur :       ~ km (plutôt plus)                            22
Détecteurs

             23
Des collisions dans les détecteurs
 Collision de particules accélérées  « Grain » d’énergie  Nouvelles particules
           Accélérate r
           Accélérateur                     E = mc2               Détecte r
                                                                  Détecteur

 On étudie les propriétés
  des particules produites
  pendant les collisions
  et on compare les résultats
  obtenus aux prédictions
  théoriques                                                                  24
Un détecteur en physique des particules
 Structure en poupée russe
 Chaque couche a une fonction précise
   Trajectographe(s)
     Sui(ven)t les particules chargées
   Calorimètre(s)
    C l i èt ( )
     Mesure(nt) les énergies des particules
   Détecteurs de muons
                                                    Fort champ magnétique
                                                    Dépôt d’énergie  signal
                                                                       électrique
                                                    Conversion analogique
                                                    > 106 canaux d’électronique
                                                    Sélection des événements
                                                     i té
                                                     intéressants
                                                               t en temps
                                                                    t     réel
                                                                           é l
                                                                             25
                                               Schémas adaptés du détecteur CMS (LHC)
L’analyse des données
 Schéma suivi par une analyse typique :

 Utilisation intensive d’ordinateurs pour
   accéder/utiliser les données enregistrées au CERN
   simuler le comportement du détecteur lors du passage des particules étudiées
 Mise en œuvre de méthodes mathématiques sophistiquées pour obtenir les
  résultats les plus précis possibles et tester leur validité
                                                                              26
 La « maturation » d’un résultat peut prendre une année voire plus
L’organisation européenne
pour la recherche nucléaire :
          le CERN

                           27
Le CERN
 Nom officiel : « Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire »

 Plus grand laboratoire de physique
  des particules au monde :                              France              Genève
   ~ 3000 employés
               p y à plein
                       p     tempsp
   ~ 6500 scientifiques y réalisent leurs expériences
                                                              Suisse
 Créé le 29 septembre 1954

 Vingt états membres
                                                                  Pays
                                                                    y fondateurs
  + pays « observateurs »
   ou « participants »                                             Pays devenus
                                                                  membres ensuite
 Le
  L CERN est situéi é près
                        è dde Genève,
                               G è
 à cheval sur la frontière franco-suisse

 Internet a été inventé au CERN au début des années 1990 !                    28
Le Grand Collisionneur à hadrons
Large Hadron Collider (LHC)

                              29
Le LHC
 Anneau quasi-circulaire de ~27 km de circonférence creusé à ~100 m sous terre

 2 faisceaux de protons (ou d’ions Pb selon les périodes ) y circulent en sens opposé
                                                            France                 Genève
 Ils se croisent au centre de 4 détecteurs g
                                            géants ((ALICE,, ATLAS,, CMS,, LHCb))
  où se produisent les collisions dont les produits sont étudiés par les physiciens

 Les particules sont accélérées par tout une série dd’accélérateurs
                                                       accélérateurs en amont ;
  la dernière phase de ce processus a lieu dans l’anneau LHC lui-même

                                                                                  Jura

                                                                                   30
Le LHC en quelques chiffres
 Consommation d’électricité : ~ 400 GWh/an (5% de la consommation de la SNCF)

 Les particules accomplissent 11 000 tours / seconde à la vitesse de la lumière

 La pression dans le tube à vide est 10 fois inférieure à celle sur la Lune

 Les aimants sont au nombre de 9 300 environ ; ils sont refroidis à -271,3C
   Plus froid que l’espace intersidéral !

En fonctionnement nominal (pas encore atteint) :

 Les
  L particules
          i l se croiseront
                      i       ~ 40 millions
                                     illi   d fois
                                            de f i par seconded dans
                                                                 d    l
                                                                      les
  détecteurs et chaque interaction produira ~ 20 collisions proton-proton

 Il y aura ~ 300 000 000 000 000 de protons en même temps dans le LHC

 L’énergie stockée dans le faisceau équivaudra à celle de 80 kg de TNT
                            aimants                       240 kg
                                                                                31
 L’énergie des collisions sera de 14 TeV (7 TeV actuellement)
Petit résumé du fonctionnement du LHC
 Film “Bottle to Bang” produit et dirigé par Chris Mann (© CERN, 2008)
  http://cdsweb.cern.ch/record/1125472

                                                       France

                                                          Suisse

                                                                          32
Un petit tour du côté des détecteurs
 Des cathédrales de métal et d’électronique !
   Dimensions de plusieurs dizaines de mètres
   Poids de plusieurs milliers de tonnes ( Tour Eiffel)
                                                                                      Genève
 Des millions de canaux électroniques
                                     q    recoivent des
  informations lors des collisions                            Taille des détecteurs ATLAS et CMS
   Les particules déposent de l’énergie en traversant             Suisse
     les différents détecteurs ; ces dépôts sont convertis en signaux électriques puis lus
   Surfaces/volumes actifs, câbles, alimentations, etc.

 Volume total de données : ~ plusieurs Encyclopédia Universialis / seconde
   Impossible de tout conserver
   Tri en temps réel des événements : drastique et très performant

 Données stockées et analysées au moyen de milliers d’ordinateurs
  répartis dans des centaines de centres de calcul du monde entier

 Chaque collaboration du LHC compte plusieurs milliers de membres                     33
Pourquoi construire le LHC ?
 Coût accélérateur + détecteurs : ~7 milliards d’euros
   Partagé par de nombreux états sur une longue période
 Budget annuel du CERN : ~700 millions d’euros
                                                                             Genève
   Moins de 2 euros par an et par européen
 Curiosité envers la Nature, recherche, progrès scientifique
   Le propre de l’espèce humaine                                 Suisse
   Tant qu’on n’a pas découvert un nouveau phénomène
                                                 phénomène, on ne peut pas imaginer
    à quoi il pourrait servir ! Exemples : le laser, internet, etc.
 Le Modèle Standard marche très (trop) bien mais
  il y a des phénomènes qu’il ne peut pas expliquer
 Une pparticule pprédite manque
                             q à l’appel
                                    pp : le boson de Higgs
                                                       gg !
 Le Modèle Standard ignore complètement la gravité
  et n’est pas valable à toute énergie. Beaucoup de ses
  caractéristiques (masses, etc.) n’ont pas d’explication.
 Avec le LHC on décuple presque la gamme d’énergie accessible expérimentalement
Le LHC est-il dangereux ?
 Non !

 Impact environnemental très faible
   Radioactivité émise ~ quelques pourcents de la radioactivité naturelle

 Les « micro-trous
          i         noirs
                       i » quii pourraient
                                       i éventuellement
                                                  ll       être produits
                                                                   d i au LHC
  n’engloutiront pas la Terre
   Production de trous noirs basée sur des hypothèses théoriques très hardies et
    qui n’ont encore reçu aucune confirmation expérimentale
   La Nature produit depuis la nuit des temps des collisions plus énergétiques
    que celles du LHC ((exemple
    q                         p : rayons
                                     y     cosmiques)
                                                q ) et nous sommes toujours
                                                                          j     là !

 Pour plus d’information, voir le site
  http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Welcome-fr.html
     p                   p                                p

                                                                                35
Le LHC ne s’est pas construit en un jour
 1994 : Approbation du projet LHC par le CERN
   Démarrage de la R&D et des études de faisabilité dans les années 1980
 1996-1998 : Approbation des 4 grandes expériences
 2000 : arrêt de l’accélérateur p
                                 précédent ((le LEP))
   Démantèlement (même tunnel !) et démarrage de la construction du LHC
 Fin 2007-début 2008 : fin de la construction après plusieurs retards
 10 septembre 2008 : démarrage officiel du LHC 
   Premier tour complet de protons dans l’anneau de 27 km
 19 septembre 2008 : incident électrique 
   au niveau d’une interconnexion entre 2 aimants
   14 mois dd’arrêt
                arrêt
 23 octobre 2009 : redémarrage 
   Suivi d’une montée en puissance graduelle
 30 mars 2010 : premières collisions à 7 TeV                            36
   Début de l’exploitation scientifique du LHC
2010 : début du programme de physique !
 Salle de contrôle de l’accélérateur juste après la réussite des 1ères collisions à 7 TeV :

 Film « LHC First Phyics » (2010, © CERN video productions)
  http://cdsweb.cern.ch/record/1259221                                              37
Quelques belles photos du LHC

                       Suisse

                                38
Le meilleur est à venir
 Objectif premier du LHC : répondre à la question, « Le boson de Higgs existe-t-il ? »

 Autres buts de physique :
   Chercher des signes de physique nouvelle au-delà du Modèle Standard
   Tester des théories plus générales, proposées pour complèter le Modèle Standard
   Découvrir la nature de la mystérieuse matière noire
   Améliorer notre connaissance des différences entre matière et antimatière
   Observer et étudier un nouvel état de la matière nucléaire,, le p
                                                                    plasma de
    quark-gluon, qui a dû exister juste après le Big-bang
   ???

 Depuis la fin mars, le taux de collisions a
  augmenté de manière très significative :
  L L’objectif
       objectif est dd’accumuler
                       accumuler dd’ici
                                    ici fin 2011
     une quantité de données suffisante pour
     produire des résultats de physique compétitifs

 La prise de données est prévue jusqu’en 2030, avec des améliorations techniques
  régulières au cours des années (énergie, taux de collisions, etc.)
Au fait, que se passe-t-il au LHC actuellement ?
 Statut de l’accélérateur
   http://op-webtools.web.cern.ch/op-webtools/vistar/vistars.php?usr=LHC1
   http://op-webtools.web.cern.ch/op-webtools/vistar/vistars.php?usr=LHC2
   http://op-webtools.web.cern.ch/op-webtools/vistar/vistars.php?usr=LHC3

 Informations en provenance de détecteurs
   http://atlas-live.cern.ch                                  Suisse
   http://lhcb
    http://lhcb-public.web.cern.ch/lhcb-public/en/Collaboration/LHCbStDis.html
                 public.web.cern.ch/lhcb public/en/Collaboration/LHCbStDis.html

                                                                             40
En résumé
 Le LHC est le projet le plus important de la physique des particules

 Il est attendu par l’ensemble de la communauté scientifique. Ses résultats (qu’ils
  soient positifs ou négatifs) auront une grande importance sur le futur de la discipline

 LHC = défi technologique
              et scientifique                                  Suisse

 Le LHC est prévu pour
  durer au moins 1 génération
   vos élèves pourront y participer !

 Science fondamentale
 De nombreuses applications

 Des métiers passionnants

 De l’aventure garantie !!!                                                     41
Pour en savoir plus
 Des pages web de l’IN2P3-CNRS
  http://www.in2p3.fr/physique_pour_tous/informations/sites/sites.htm
  http://www.in2p3.fr/physique_pour_tous/questions/poser_une_question.htm
  http://www.in2p3.fr/physique_pour_tous/aulycee/tipe.htm

 L’affiche des composants élémentaires de la matière
  http://quarks.lal.in2p3.fr/afficheComposants/index.html

 La revue de vulgarisation « Élémentaire »
  http://elementaire.web.lal.in2p3.fr/           Zoom sur ces deux projets
                                                  dans les pages suivantes
                                                                   i
 Le « Passeport pour les 2 Infinis »
  http://www.passeport2i.fr/                       Exemplaires à disposition
                                                    pour consultation
 Le site LHC-France
  http://www.lhc-france.fr/

 Les Masterclasses du CERN                                                  42
 http://www.in2p3.fr/presse/communiques/2010/02_masterclasses.htm
La revue de vulgarisation
      Élémentaire

                        43
La revue Élémentaire
 Revue de vulgarisation (2003-2010)
  format A4,  64 pages, en couleur

 Cible : grand public avec une formation
          scientifique
                   q niveau secondaire

 Fil rouge : le LHC

 De nombreux sujets abordés :
   Grandes questions scientifiques
   Articles théoriques
   Perspectives historiques
   Développements technologiques
   Retombées

 8 numéros publiés
   1 thème central pour chaque numéro
                                              44
 Tous disponibles sur le site de la revue
Le Projet
Passeport pour les 2 infinis

                           45
Le passeport pour les 2 infinis
 Un livre réversible de 192 pages couleur (Dunod)
   Côté pile : vers l’infiniment petit
   Côté face : vers l’infiniment grand
 Courts articles (2 pages)
   Principales
    P i i l notionsti   du
                        d domaine
                            d   i
   Description des grandes expériences actuelles (Planck, LHC, etc.)
   Quelques fiches plus appliquées + un glossaire fourni pour conclure chaque partie
 Plus de cinquante contributeurs du CNRS, du CEA et de l’Université
 Comité de rédaction de sept chercheurs et ingénieurs
 Livre disponible gratuitement pour les enseignants du secondaire et du supérieur
   Site web : http://www.passeport2i.fr
 Fiches
  Fi h pédagogiques
         éd   i     él b é par des
                    élaborées  d professeurs
                                    f        à partir
                                                   i d’articles
                                                      d’ i l du d livre
                                                                  li
 Rencontres avec des enseignants et le grand public
 DVD en projet
                                                                              46
 Forum, tutorat, salle virtuelle sur   2nd   life, etc.
47
Backup

         48
Mon Laboratoire : le LAL
 Situé sur le campus de l’Université Paris Sud XI entre Orsay et Bures sur Yvette

 Site web : http://www.lal.in2p3.fr/

 Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire : LAL
   Nom historique : le grand accélérateur linéaire a cessé ses activités en 2004.
    Le LAL vient d'en construire un plus petit pour des expériences/tests

 Le LAL est une unité mixte de l’IN2P3/CNRS
                 et de l’Université Paris Sud

 CNRS : Centre National de la Recherche Scientifique
   32 000 personnes, budget de 3,4 milliards d’€

 IN2P3 : Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules
   Un des dix instituts du CNRS ; créé en 1971

 Unité mixte : le LAL rassemble des chercheurs CNRS et des enseignants-chercheurs
                qui dépendent de l’Université Paris Sud et enseignent sur le campus
Expériences et métiers au LAL
 Domaines de recherche : physique des particules et cosmologie :
   ~120 chercheurs (70% / 30%) répartis en une douzaine de groupes
   ~220 ingénieurs et techniciens
   Budget annuel d’environ 20 millions d’€

 Implication dans des expériences sur plusieurs continents :
  Europe, Etats-Unis, Argentine, Japon et même… dans l’espace

 Services techniques : informatique, électronique, mécanique, etc.
 Services administratifs : personnel, financier, missions, information scientifique, etc.
 Plateformes utilisées par dd’autres
                               autres laboratoires : grille de calcul magasin,
                                                                      magasin etc.
                                                                               etc

                                                                                 50
L’autre Modèle Standard : la cosmologie
 Gravitation
   Relativité générale
 Big bang
 Décalage
        g vers le rouge
                     g
 Abondance des éléments légers
 Rayonnement de fond cosmologique

 Questions ouvertes : Matière noire   Energie noire

                                                 51
De ADA au LHC : quelques collisionneurs
 ADA : le premier collisionneur                  Anneau de Collision d’Orsay (ACO)

                                                                         Vers 1965

Frascati (1961)   LAL (1962)   Frascati (2007)

 SPEAR (SLAC) : 2 prix Nobel (J/ et )
                                                                        A j
                                                                        Aujourd’hui
                                                                              d’h i

 Le LEP (CERN): 1989-2000
   Le LHC                                                                  52
En résumé

            53
L’énergie des collisions : 7/14 TeV
Particules accélérées par une différence de potentiel
  unité commode : l’électron-volt (eV)
                      Énergie gagnée par une particule
                       de charge élémentaire dans une
                                                         France
                        différence de potentiel de 1 V

 En physique des particules on utilise des multiples de cette unité
   le kilo électron-volt : 1 keV =               1 000 eV        ~ TV
   le méga électron-volt : 1 MeV =          1 000 000 eV
   le giga électron-volt : 1 GeV =      1 000 000 000 eV         ~ LEP
   le téra électron-volt
            électron volt : 1 TeV = 1 000 000 000 000 eV          ~ LHC

 1 TeV  énergie cinétique d’une… mouche en vol !
   Quid
     Q id des
          d collisions
                lli i    entre mouches
                                   h ?

                                                                           54
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