LE LHC, le nouvel accélérateur du CERN, à Genève.

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

2 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

3 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, % c c= km/s 1 TeV = 1 téraélectronvolt 1 TeV = 1 x 1012 eV SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

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

5 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 l d’helium liquide/heure SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde 5

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

7 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

8 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

9 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

10 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

11 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

12 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

13 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

14 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

15 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

16 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

17 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

18 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

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

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

23 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

24 Le GRID Un défi supplémentaire :
30 millions de croisements /s ~15 collisions par croisement ~100 particules émises par collision ~ 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

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

26 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

27 10 septembre 2008 : tour complet dans les deux sens
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28 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

29 Pour en savoir plus : Le CERN, le LHC et CMS :
Physique des particules : 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

30 Backup slides SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde

31 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

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

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

35 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

36 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

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

38 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

39 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

40 Les accélérateurs du CERN
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41 Ordre de grandeur des dimensions
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42 Le détecteur CMS SEII - 27 mars 2009 C. Vander Velde 42

43 Insertion du traceur dans CMS
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44 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