Sciences

Au bord du big bang

GUY DUPLAT

Mis en ligne le 04/08/2006

Suspense au Cern, à Genève, autour de la plus grosse expérience scientifique jamais réalisée. Des milliers de scientifiques préparent, dans la fièvre, le nouvel accélérateur géant. Il devrait percer certains secrets de l'univers.

ENVOYÉ SPÉCIAL À GENÈVE

La douce campagne franco-suisse autour de Genève abrite un extraordinaire défi: construire le plus grand accélérateur de particules jamais réalisé et découvrir ainsi les secrets de l'univers. Des milliers de scientifiques préparent depuis cinq ans le LHC, le grand collisionneur à protons, qui doit démarrer fin 2007. L'automne prochain, les gigantesques détecteurs seront nichés dans des cavernes grandes comme Notre-Dame de Paris et enfoncées à 100 m sous le sol. Ce sont les dernières semaines où on peut les voir à l'air libre et admirer leur infinie complexité.

Quand on parle du LHC et du Cern, on plonge dans le livre des records. Jamais, à part le spatial, une expérience n'aura coûté aussi cher. Le prix total du LHC, qui fonctionnera plus de dix ans, sera de 10 milliards de francs suisses (6,5 milliards d'euros), dont 3,6 pour la seule construction de la machine. La moitié des physiciens des particules dans le monde travaillent sur ce projet en route depuis 5 ans. Au Cern, l'organisation européenne pour la recherche nucléaire, créée il y a 52 ans, travaillent près de 10 000 personnes dont la majorité sur ce projet: 2 500 personnes fixes, 1 000 sous-traitants et 7 000 scientifiques venus de 80 pays différents et qui viennent fréquemment travailler au Cern. On y croise des Américains (les plus nombreux sur le site avec les Russes) et des Iraniens, des Israéliens comme des Palestiniens, des Chinois et des Indiens, et même des femmes voilées d'Arabie Saoudite. Toutes les nationalités se croisent sans problème dans cette tour de Babel, au nom de la pure recherche scientifique. Et les Belges y sont très actifs.

Le boson de Higgs

Tout ce gigantesque effort doit d'abord débusquer une petite particule qui porte un nom digne d'une injure du capitaine Haddock: le boson de Higgs. On le traque depuis des années, mais en vain. Si on le trouve -et personne n'en doute-, un prix Nobel est à la clé pour ses «inventeurs», l'Ecossais Peter Higgs mais aussi deux Belges, anciens professeurs à l'ULB, Robert Brout et François Englert, qui ont «co-inventés» ce boson avec Higgs. Ce serait (pour 2009?) les premiers prix Nobel de physique belges.

Au Cern, on traque l'infiniment petit, les constituants ultimes de la matière et les forces qui les relient. On y a contribué à élaborer un magnifique modèle (le «modèle standard») qui explique parfaitement l'essentiel de la matière, ramenée en dernière analyse à quatre particules: deux quarks (up et down), l'électron et le neutrino de l'électron. Pour expliquer toutes les autres particules surgies de nos accélérateurs, il suffit de douze particules de base. Les forces qui gouvernent l'univers ont aussi été ramenées à deux seulement: la première réunit l'électricité, le magnétisme, la force nucléaire et la radioactivité. La seconde est la gravitation, mais on cherche activement à les unifier dans une théorie du «Tout».

Ce beau modèle présente cependant des failles, dont la plus importante est de comprendre l'origine de la masse: pourquoi ces particules de base ont-elles la masse qu'on mesure? Brout, Englert et Higgs ont postulé l'existence d'un champ de Higgs étendu à l'univers entier, baigné de particules qui donnent leurs masses aux autres. Pour le comprendre, on imagine une salle remplie de fans de Johnny Halliday. Quand la vedette entre, les fans s'agglutinent autour de lui et lui donnent une grande masse. Si vous entrez dans la même salle, il n'y aura ni attroupement, ni masse. La salle est comme le champ de Higgs et les fans sont ses particules.

Si on ne trouvait pas le Higgs, il faudrait revoir tout le modèle standard construit au fil des années. Les Américains avec leur propre accélérateur, le «Fermilab», espèrent toujours encore coiffer in extremis le Cern et trouver avant les Européens le Graal des physiciens. Le suspense est donc entier, mais au Cern, on reste confiant.

En physique des particules, au plus on plonge dans l'infiniment petit, au plus on se rapproche des conditions du big bang d'où est né notre univers il y a 13,5 milliards d'années, au plus il faut construire des appareils gigantesques avec de colossales énergies. Le LHC est logé dans un anneau circulaire de 27 km de circonférence, enfoui entre 50 et 100 m sous terre, sous la Suisse et la France. On y injectera des protons (et ensuite des noyaux de plomb) qui tourneront dans les deux sens à une vitesse très proche de la vitesse de la lumière. Mille deux cent trente aimants géants supraconducteurs à 1,9 degré seulement au- dessus du zéro absolu, avec des filaments d'une longueur équivalente à cinq fois l'aller et retour Terre-Soleil, vont courber et focaliser les deux faisceaux. Le montage de ces aimants a nécessité la construction d'une vraie usine sur le site du Cern. Les protons voyagent dans l'accélérateur par paquets de 100 milliards de particules. En 4 points, ces paquets se croisent (soit 30 millions de fois par seconde), et chaque fois, il y a une vingtaine de collisions entre protons lancés à pleine vitesse. Un taux très faible mais qui donne quand même 600 millions de collisions par seconde à étudier pour y déceler un Higgs, dont on calcule qu'il ne devrait y en avoir qu'un... par jour! En comparaison, trouver une aiguille dans une meule de foin est un jeu d'enfants.