LE LHC, le nouvel accélérateur du CERN, à Genève. SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

Contenu Le LHC Que cherchera-t-on au LHC ? L’expérience CMS et la contribution belge La grille de calcul (GRID) Où en est-on? SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

Le grand collisionneur de hadrons, le LHC LHC = Large Hadron Collider Hadron : protons ou ions de plomb 100 m protons protons 7 TeV 7 TeV 7 X l’énergie du Tevatron (USA) Energie de l’univers 10-10s après le bigbang vp = 99,9999991 % c c=300.000 km/s 1 TeV = 1 téraélectronvolt 1 TeV = 1 x 1012 eV SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

Schéma du LHC 100 m  = 27 km SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

Le tunnel du LHC 120 tonnes d’ Helium -271,3° C (1,9 K) Les protons seront accélérés (7 TeV) par des champs électriques puissants et guidés le long de la circonférence de 27 km par des milliers d’aimants supraconducteurs. 10-13 atm système cryogénique 8,3 tesla 32.000 l d’helium liquide/heure SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde 5

Les détecteurs au LHC Détecteur constitué de couches concentriques ayant des tâches spécifiques SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

Les détecteurs au LHC ATLAS CMS Immeuble de 5 étages 15 m ~12.500 T SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde ~6.000 T

Le LHC : pourquoi ? Comprendre les lois de la nature Physique des particules élémentaires : Quels sont les constituants les plus petits de la matière : les particules élémentaires? Quelles sont les forces qui les font s’assembler ? Cosmologie : Etude de la naissance et de l’évolution de l’Univers SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

Le LHC : une machine à remonter le temps ? 10-12 10-6 1 1012 106 1018 Energie (GeV) 15 milliards ans SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

Notre compréhension de l’Univers Les consituants élémentaires de la matière stable noyau électrons neutrons u d quarks protons La fynu s’intéresse au noyau et les pp s’intéresse aux part individuellement, à l’état libre u d quarks atome SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde 10

Notre compréhension de l’Univers Les consituants élémentaires de toute matière connue, stable et instable : Les quarks Les leptons + leurs 12 antiparticules (même masse, charge opposée) SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

Notre compréhension de l’Univers . Les interactions fondamentales atome Force gravitationnelle Force électromagnétique noyau n  p + e- + ne Force faible Force forte SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

Notre compréhension de l’Univers Les théories des interactions fondamentales Force gravitationnelle Force électromagnétique Force faible Force forte SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

Notre compréhension de l’Univers Les théories des interactions fondamentales échange de photons Force gravitationnelle Force électromagnétique Force faible Force forte SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

Notre compréhension de l’Univers Les théories des interactions fondamentales Force gravitationnelle Force électromagnétique Force faible Force forte SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

Notre compréhension de l’Univers Les théories des interactions fondamentales ? Force gravitationnelle Force électromagnétique Z Boson Force forte Force faible SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

Que cherchera-t-on au LHC ? Le boson de Brout, Englert, Higgs (BEH): . . . quarks leptons D’où vient la masse des particules ? Mécanisme de BEH ?  Nouvelle particule, le Higgs, pas encore observée ! SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

Autres questions adressées au LHC: pourquoi y a-t-il plus de matière que d’anti - matière ? y a-t-il dans l’univers plus de dimensions que celles que nous connaissons ? quelle est la nature de la matière noire qui se manifeste dans les galaxies ? SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

CMS : Compact Muon Solenoid SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

CMS : Compact Muon Solenoid SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

CMS : Compact Muon Solenoid La collaboration CMS Anvers Gand Mons UCL ULB VUB ~70 SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

CMS : Compact Muon Solenoid Le rôle de la Belgique 1800 détecteurs au silicium assemblés en Belgique (15. 000) au total. robot gantry roue du traceur ~100 pétals assemblés en Belgique SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

CMS : Compact Muon Solenoid Le principe des détecteurs : Les particules sont trop petites pour être “vues”; elles sont détectées grâce aux perturbations qu’elles provoquent dans la matière des détecteurs. Perturbations  signaux électroniques triés et enregistrés SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

Le GRID Un défi supplémentaire : 30 millions de croisements /s ~15 collisions par croisement ~100 particules émises par collision ~50.000 canaux de lecture ~15 millions de gigaoctetss de données /an (~20 millions CDs!) Puissance de calcul nécessaire pour analyser les données : ~100,000 des processeurs les plus rapides SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

Le GRID : la grille de calcul réseau distribué de ressources de calcul 2 centres GRID en Belgique! SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

Où en est-on? CMS est prêt ! CMS a pris des données avec le rayonnement cosmique pendant plusieurs mois On “voit” les traces des muons cosmiques ~300 millions de muons ont été enregistrés pour calibrer et aligner les différentes parties du detecteur SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

10 septembre 2008 : tour complet dans les deux sens SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

Où en est-on? L’incident du 19 septembre Courtcircuit entre 2 aimants  fuite d’hélium  onde de choc  aimants endommagés. ~50 aimants sont en train d’être sortis pour réparation et/ou nettoyage et vérification. Des dispositions sont prises afin d’empêcher qu’un événement similaire ne se reproduise à l’avenir. Redémarrage prévu : fin septembre 2009 Collisions à 10 TeV: fin octobre 2009 Découvertes : 2 ou 3 ans? SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

Pour en savoir plus : Le CERN, le LHC et CMS : http://public.web.cern.ch/Public/Welcome-fr.html http://cms.web.cern.ch/cms/index.html http://press.web.cern.ch/press/ Physique des particules : http://cpep.lal.in2p3.fr/adventure.html Univers des particules, Michel Crozon – Le Seuil (1999) Une brève histoire du temps, Stephen Hawking – Flammarion (2008) Merci à tous mes collègues, de Bruxelles et de la collaboration CMS ainsi qu’aux auteurs des divers sites, à qui j’ai pu emprunter un matériel abondant pour cette présentation. SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

Backup slides SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

La sécurité des collisions au LHC Faut-il craindre de créer quelque objet potentiellement dangereux, tel qu’un trou noir, au cours des collisions du LHC? Non! La nature a déjà réalisé l’équivalent de ~100,000 expériences LHC dans l’atmosphère terrestre et notre planète existe toujours ! Pourquoi? SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

Les aimants dipolaires SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde 32

cavités accélératrices Les cavités accélératrices cavités accélératrices SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde 33

Les accélérateurs : développés dans les laboratoires de physique, utilisés dans les hôpitaux Courtesy of IBA Thérapie hadronique Environ 9000 accélérateurs sur 17000 fonctionnant actuellement dans le monde sont utilisés à des fins médicales. SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde 34

Les détecteurs : développés dans les laboratoires de physique, utilisés pour l'imagerie médicale La TEP (Tomographie à émission de positrons), instrument très important pour l’étude et la localisation de certains types de cancer, utilise l’isotope Fluor-18 produit par des accélérateurs de particules. La TEP utilise de l’antimatière (positons). SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde 35

LA recherche fondamentale : un moteur d’innovation depuis l’aube des temps A. Einstein Pour un GPS, si l’on négligeait la correction due à la dilatation du temps on aurait une erreur sur le calcul de la position, de l’ordre d’une dizaine de mètres après 5 minutes de mouvement seulement ! Relativité 100% SCIENCE Pour communiquer, les téléphones utilisent des ondes électromagnétiques Electromagnétisme 100% SCIENCE J.C. Maxwell SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde 36

Et puis…. connaissez-vous le WEB? Il a été inventé au CERN, pour les physiciens SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde 37

Combien cela a-t-il coûté? L’accélérateur : 3.03 milliards € Les expériences : 3.6 milliards € Belgique : ~4.3 millions €* L’informatique : 0.16 milliard € Belgique : ~1 million €* *personnel non inclus SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

Quelques nombres à propos du LHC Chaque faisceau de protons : 3000 paquets susceptibles de circuler jusqu’à 10 h parcourant alors plus de 10 milliards de km Un proton : ~11000 tours / seconde Chaque paquet : 100 milliards de particules A chaque croisement de paquets de protons : ~15 collisions, ~1000 particules émises ~30 millions de croisements de paquets / seconde 600 millions de collisions / seconde SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

Les accélérateurs du CERN SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde 40

Ordre de grandeur des dimensions SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

Le détecteur CMS SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde 42

Insertion du traceur dans CMS SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde 43

Les 20 pays membres du CERN Observateurs: UNESCO, CE, Israël, Turquie, USA, Japon, Russie Utilisateurs : l'Algérie, l'Argentine, l'Arménie, l'Australie, l'Azerbaidjan, le Belarus, le Brésil, le Canada, la Chine, la Croatie, Chypre, l'Estonie, la Géorgie, l'Islande, l'Inde, l'Iran, l'Irelande, le Mexique, le Maroc, le Pakistan, le Pérou, la Roumanie, la Serbie, la Slovénie, l'Afrique du Sud, la Corée du Sud, Taiwan et l'Ukraine. SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde