Sur les chemins de l'infiniment petit

Exposition réalisée par les élèves de 1ère S de l 'atelier scientifique animé par M. Texeira

Lycée Alain – AlençonMai 2010

...

L'Homme a toujours poursuivi le but de comprendre tout ce qui l'entoure. Il a commencé en observant la nature et a appris à se servir des différentes matières qui l'entouraient. Puis il est devenu plus philosophe et a regardé le ciel en se posant des questions. Mais finalement, à force de réflexion, l'être humain s'est demandé si, comme il y avait des choses plus grandes que lui, il existait des objets que lui même ne pouvait pas voir tellement leur taille était minuscule...

Les physiciens ont alors développé en s'unissant des trésors d'imagination, des machines capables de déceler la moindre particule. En effet, ces physiciens ont découvert que la matière est constitué de particules.

Vous en connaissez surement quelques-unes : le proton, le neutron, etc...Mais savez-vous qu'il y a d'autres particules encore plus petites à l'intérieur de celles-ci?

A travers cette exposition, vous découvrirez que tout ce qui vous entoure n'est constitué principalement que de quarks et que, vous aussi, vous n'êtes que de la poussière d'étoiles. Vous découvrirez ce que font vraiment ces physiciens avec le LHC (Large Hadron Collider) au CERN.

Bonne balade au pays des particules ...

Les particules élémentaires enseignées

au lycéeAu lycée on apprend que les particules élémentaires (les « briques » de la matière) sont :le proton, le neutron et l’électron.

Cette vision date de 1932. C’est l’année où Chadwick découvre le neutron et fait progresser la vision du monde des particules élémentaires.

On apprend aussi que les particules élémentaires interagissent par l’intermédiaire de forces (ou interactions) : l’interaction gravitationnelle (la force de gravitation), l’interaction électromagnétique et l’interaction nucléaire forte.

Cependant, le développement de nouvelles théories (la mécanique quantique et ses dérivées) et la fabrication d’appareils de mesure et d’observation de plus en plus sophistiqués ont permis à la « famille » des particules élémentaires de grandir et aux physiciens de mieux comprendre les interactions (les forces) qui les gouvernent.

Une théorie très élaborée appelée « Modèle Standard » contient l’ensemble des informations concernant les particules élémentaires et leurs interactions dans l’état actuel des connaissances.

De nombreuses expériences ont validé cette théorie. Cependant, des zones d’ombre subsistent. C’est pour les éclaircir que le LHC (Large Hadron Collider) a été pensé et mis en fonctionnement en 2008 et 2009.

Cette exposition a pour objectif de vous présenter le Modèle Standard, faire le point sur les connaissances actuelles concernant les particules de matière (les fermions) et les particules d’interaction (les bosons). Elle présente aussi le LHC (Large Hadron Collider) : son principe, ses objectifs et l’organisme qui le commande (le CERN de Genève).

James CHADWICK

Atome au lycée

Un modèle tout en séduction : Le modèle standard

Le Modèle Standard de la physique des particules, élaboré dans les années 60 et 70, est le cadre théorique permettant de décrire les particules élémentaires connues actuellement ainsi que leurs interactions.

Pour des raisons historiques, il est d’usage de distinguer les particules de matière (les fermions) et les particules d’interaction (les bosons). Les premières sont les quarks et les leptons. Elles interagissent en « échangeant » des particules d’interaction : les photons, les bosons W± et Z° ainsi que les gluons. Depuis 1897, tous les constituants du Modèle Standard ont été observés, depuis l’électron jusqu’au neutrino-tau. Les particules de matière (les fermions) ont plutôt été découvertes aux USA alors que les particules d’interaction (les bosons) l’ont été en Europe.

Le Modèle Standard s’appuie sur un principe de symétrie qui a comme conséquence que les particules ont une masse nulle, ce qui n’est pas ce que l’on observe expérimentalement. Cette contradiction peut être résolue par l’introduction du mécanisme (ou théorie) de Higgs, capable de conférer une masse aux particules qui en étaient initialement dépourvue. Ce mécanisme devrait avoir laissé des traces sous la forme d’au moins une particule supplémentaire encore à découvrir : le boson de Higgs. Cette particule est recherchée depuis plus de 30 ans !!

Ainsi, seul le boson de Higgs manque encore au tableau et il devrait être découvert au CERN grâce à la mise en fonctionnement du LHC. Cependant, si le Modèle Standard est très habile à décrire l’essentiel des phénomènes observés jusqu’ici, on sait qu’il est incomplet. Certaines observations ne s’inscrivent pas dans son cadre. Le programme LHC est aussi conçu pour observer une nouvelle série de particules susceptibles de compléter le Modèle Standard et de lever les interrogations qui subsistent.

Les fermionsLes fermions

La matièreLa matière

Le modèle standard classe les particules élémen- taires en deux catégories: les fermions et les bosons. Ils ne respectent pas les même statistiques : Fermi-Dirac pour les fermions et Bose-Einstein pour les bosons. L'électron, le muon, le quark et les neutrinos sont des fermions. Les fermions composés tels le proton ou le neutron sont eux aussi régis par la statistique de Fermi-Dirac, mais ils sont composés de plusieurs fermions élémentaires tels les quarks up, down...

1) Le Quark1) Le Quark

Les quarks débarquent

Les quarks sont les constituants principaux de la nature. Il en existe six sortes : Up, Down, Strange, Charm, Bottom, Top, réparties en trois générations. Les masses sont très variées. Si on prend le quark Down, qui est le quark le plus léger, on peut constater que le quark Up et le Bottom sont 10 fois plus lourds, le Charm et le Strange 2 fois plus lourd, et le Top 100 fois plus lourd.

Les physiciens, pour imager le concept d'intéraction nucléaire forte ont crée un système de couleurs. Un quark possède une saveur (up, down, charm...) et une couleur (bleu, rouge ou vert, ainsi que les anticouleurs,anti-bleu, anti-rouge, et anti-vert)

Une particule est obligatoirement blanche. C'est à dire qu'elle doit soit être constitué des trois couleurs du système, soit être constitué des trois couleurs du système, soit d'une couleur et de son anti-couleur

Saveur Masse (kg) Charge électrique

U up 1,78.10-27 +2/3D down 1,78.10-28 -1/3C charm 4,45.10-28 +2/3S strange 3,56.10-28 -1/3

T top 3,204.10-25 +2/3

B bottom 7,654.10-27 -1/3

2) Les Leptons2) Les Leptons

Tout est bon dans le lepton

1 2 3

Générations

Les leptons sont des particules élémentaires, légères (lepto=léger), de plus, ils ne sont pas régit par l'interaction forte. Ce terme englobe les électrons, les tauons, les muons, les neutrinos et les antiparticules. Ils sont tous de charges négatives (ils sont donc sensibles à l'attraction électromagnétique).

De plus, tout les leptons sont accompagnés d'un neutrino, de charge très faible (doublet faible) et de charge électrique nulle.

Tout sur la relation entre les bosons W+W-Z°

et l'interaction faible !

Un boson est une particule élémentaire qui sert de vecteur aux interactions fondamentales. Les bosons W+ W- Z° sont responsables de l'interaction faible. Ils sont classés comme bosons de jauge.

Boson W Boson Z

Charge ± 1 électron 0

Spin 1 1

Durée de vie 3.10-25 secondes 3.10-25 secondes

Masse 80,403 GeV/c2 91,187 6 GeV/c2

Historique prédiction par Glashow, Salam et Weinberg en 1968découverte par Rubbia et van der Meer en 1983

prédiction par Glashow, Salam et Weinberg en 1968

découverte expériences UA1 et UA2 en 1983

1 GeV = 1,6.10-10 J1 GeV/c² =

1,783.10-27 kg

L'interaction faible

Elle permet au noyau atomique de se maintenir et d'avoir un champ d'action très faible. Ainsi tous les leptons et les quarks peuvent échanger de l'énergie, de la masse et de la charge. Ceci leur permet de changer de famille et de saveur (différents types de quarks et leptons en physique). Elle est associée à l'interaction électromagnétique pour former l'interaction électrofaible.Son influence est limitée au noyau atomique (environ 10-18m).

A fond dans les photons

Photon

Charge nulle

Spin 1

Durée de vie Un photon se déplace à la vitesse de la lumière, et en conséquence dans son référentiel les durées sont nulles.

Masse nulle

Historique Prédiction par Albert Einstein de 1905 à 1917, découverte en 1923 par Arthur Compton.

Comment ça marche ?

La matière reçoit ou émet de l'énergie électromagnétique par paquets de valeur bien déterminée (ou quanta). Les photons sont donc ces «paquets» d'énergie élémentaires ou quanta de rayonnement électromagnétique qui sont échangés. Tout rayonnement électromagnétique, et donc en particulier la lumière, est constitué de photons. On utilise généralement le symbole y (gamma) pour les désigner.Les sources de rayonnement habituelles (antennes, lampes, laser ...) produisent de très grandes quantités de photons.

Le photon est un Boson de jauge, servant de vecteur à l'interaction électromagnétique.

Boson W Boson Z

Charge ± 1 électron 0

Spin 1 1

Durée de vie 3.10-25 secondes 3.10-25 secondes

Masse 80,403.1029 GeV/c2 91,187 6.1021 GeV/c2

Historique prédiction par Glashow, Salam et Weinberg en 1968découverte par Rubbia et van der Meer en 1983

prédiction par Glashow, Salam et Weinberg en 1968découverte expériences UA1

et UA2 en 1983

L'interaction électromagnétique

Qu'est-ce que l'interaction électromagnétique ?

Interaction électromagnétique: elle est responsible de l'électricité, du magnétisme, de la lumière ou encore des réactions chimiques et biologiques. L'interaction électromagnétique est une force répulsive ou attractive qui agit sur les objets ayant une charge électrique. Deux objets de charges électriques de même signe se repoussent alors que deux objets de charges électriques de signes opposés s'attirent. Comme les atomes sont électriquement neutres, il y a peu d'effet de cette interaction à grande échelle.Conclusion: l'interaction électromagnétique et l'interaction faible peuvent être décrites comme deux aspects d'une même interaction: l'interaction électrofaible.

1) L'interaction Nucléaire Forte (ou Force de Couleur)Cette force affecte les quarks et les antiquarks seulement.Elle est responsable de la cohésion des hadrons ( ensemble de

quarks ) , c'est à dire des mésons ( hadron composé d'un nombre pair de quarks et d'antiquarks ), et des baryons ( hadron composé de trois quarks ou trois antiquarks ) comme le neutron ou le proton.

En bref, sans elle les quarks se repousseraient à cause de la force électromagnétique; les nucléons et le noyau n'existeraient donc pas ( et nous aussi par la même occasion!).

L'intéraction forte, les gluonset la chromodynamique quantique

L'amitié, une histoire de gluons?

Hadron Méson Baryon

Nombre de quarks Nombre pair de quarks et antiquarks

3 quarks ou 3 antiquarks

Exemples Pion, Kaon Proton, neutron

2)Les GluonsLe gluon est le boson de l'interaction forte.Les gluons confinent les quarks

ensemble, ce qui permet l'existence des protons et des neutrons, ainsi que des autres hadrons.

Ils ont une masse probablement nulle (quoiqu'il n'est pas exclu qu'ils puissent avoir une masse de quelques MeV), une charge électrique nulle et un spin 1. Un gluon porte une charge de couleur (rouge, vert ou bleu) et une anti-charge de couleur ( antirouge, antibleu ou antivert ) . Il y a 8 différentes sortes de gluons, en fonction de leur charge et de leur anti-charge de couleur.*Remarque : A priori il pourrait y avoir 9 types de gluons, un pour chaque combinaison de charge et d'anti-charge de couleur (rouge, vert, bleue, et anti-rouge, anti-vert, anti-bleue), ce qui donnerait les gluons suivants :

r, r, v, v, b, b

D'après une démonstration mathématique, il n'y en a que 8.(C'est une théorie!)

4)Neutralité dans les hadrons

Un hadron est un composé de particules plus petites que l'atome régi par l'interaction forte. Dans le Modèle Standard de la Physique des particules, ces particules sont composées de quarks et/ou d'anti-quarks ainsi que de gluons.

Un Hadron doit être neutre ou de couleur blanche, c'est à dire que la somme de ses couleurs doit donner blanc.Par exemple : rouge+bleu+vert=blanc ouantirouge+rouge=blanc ( car antirouge=bleu+vert ).

Ici nous nous interesserons au gluon qui est composé d'une charge de couleur et d'une anticharge de couleur.*Comme le gluon doit etre neutre, c'est forcément une combinaison rouge-antirouge ou bleu-antibleu etc...

Méson Baryon

3)Les couleurs et anticouleurs

D'après cette théorie, que l'on appelle la chromodynamique quantique, chaque quark ( ce qui compose les nucléons ) porte une charge de couleur qui peut être de trois sortes : « bleue », « verte » ou « rouge ».

Les antiquarks de leur côté portent une charge « antibleue » (nommée aussi jaune, et équivalente à vert+rouge), « antiverte » (nommée aussi magenta = bleu+rouge) ou « antirouge » (nommée aussi cyan = bleu+vert).*Ces  couleurs  ne sont que des noms et n'ont rien à voir avec les couleurs au sens habituel.

Pour en savoir plus...

Légende : r=rouge b=bleu v=vertr/=antirouge=bleu+vert=cyanb/=antibleu=vert+rouge=jaunev/=antivert=rouge+bleu=magenta

5)Les réactions entre quarks et gluons

Les gluons sont des messages envoyés par des quarks à d'autres quarks dans le même hadron.Le récepteur ainsi que l'émetteur changent de couleur. L'émetteur va soustraire la couleur et l'anticouleur du gluon à la sienne alors que le récepteur va l'ajouter à la sienne.N'oublions pas que le but est toujours la neutralité.

BaryonIci, les gluons ne sont pas envoyés en même temps. Chaque paire de quarks dialogue seule : ce n'est pas une discussion à trois. Pour faire un exemple, je montrerai 2 échanges.

Le quark vert envoie :v-v-/r=rPuis le quark rouge reçoit :r+/r+v=vLa neutralité est respectée, la somme des couleurs est blanc.

v /r

Exemple :

Méson

Gluonb r/

Cas du quark antibleu :b/+b+r/On développe,=v+r+b+v+bComme r+b+v = blanc alors ils s'annulent,=v+bvert +bleu = antirouge=r/Les couleurs rouge et antirouge s'annulent.Les quarks ne s'envoient pas n'importe quel gluon. Certains comme le r v/ n'auraient pas marché ici.Cas du quark bleu :b-(b+r/)=b-b-r/Comme r/=b+v,=-b-vLa couleur blanche étant 0, blanc -bleu-vert=rouge=r

v /b

Puis le quark vert envoie au quark bleu, le quark rouge est mis à part.Le quark vert envoie :v-v-/b=bLe quark bleu reçoit :b+v+/b=vEn recommençant, on obtient en tout 6 possibilités de placement des couleurs. La neutralité sera toujours respectée.

Quark Gluon

Nucléon

Conclusion :

On remarque plusieurs choses avec cette théorie :On ne peut pas passer d'une couleur à une anticouleur sur un quark dans un hadron, c'est à dire qu'un baryon a soit 3 quark, soit 3 antiquark. Dans un méson, c'est pareil. Cette théorie dit qu'un quark ne peut pas devenir un antiquark.

Et surtout cette théorie permet de comprendre facilement la charge des quarks et des gluons avec des éléments simples : les couleurs.En fait c'était son but : comprendre la structure des hadrons. Elle fut proposée en 1973 par H. David Politzer, Frank Wilczek et David Gross.Ci dessous, un schéma qui montre les dialogues entre quarks. Les quarks dialoguent en même temps mais deux par deux seulement. On voit sur ce schéma beaucoup de gluons qui se promènent dans leur atomes, mais aussi dans les atomes environnants. Les quarks d'un atome dialoguent aussi avec les quarks des atomes environnants.

Cette théorie a l'air peut être compliqué au premier abord mais elle est tout simplement génial et c'est grâce à elle que ses créateurs ont reçu le prix Nobel de physique!

Quelles sont les expériences du LHC ?Quelles sont les expériences du LHC ?

Dimensions : 26m de long, 16m de large, 16m de hautPoids : 10 000 tonnes

Dimensions : 21m de long, 15m de large et 15m de hautPoids : 12 500 tonnes

Dimensions : 46m de long, 25m de large et 25m de haut (Atlas est le plus grand détecteur jamais construit)Poids : 7 000 tonnes

Le LHC est le plus grand accélérateur de particules du monde. Il a pour objectif d'étudier la matière afin de comprendre le fonctionnement de l'univers et ce qu'il s'est passé après le big bang. Pour cela, les scientifiques du CERN ont à disposition4 expériences : CMS, ALICE, ATLAS et LHCb.

Dimensions : 21m de long, 13m de large et 10m de hautPoids : 5600 tonnes

CMS (Solénoïde Compact pour Muons)

Le CMS utilise un détecteur polyvalent pour explorer un large éventail de domaines de la physique. Avec cette expérience, les scientifiques espèrent découvrir le boson de higgs, savoir comment les particules acquièrent leur masse et étudier de nouvelles dimensions et les particules qui pourraient constituer la matière noire.

ALICE (A Large Ion Collider Experiment)Toute la matière présente dans l'univers est composée d'atomes. Ces atomes sont composés d'un noyau autour duquel gravitent des électrons et dans ce noyau, on retrouve des protons et des neutrons. Ces particules sont formées de quarks réunis par groupe de 3 et liés entre eux par des particules appelées gluons. Ce lien est ci puissant qu'aucun quark n'a jamais été observé isolé. Le but de l'expérience ALICE est de faire entrer en collision des ions plomb afin de recréer en laboratoire les conditions qui regnaient juste après le Big Bang. Ces collisions génèreront des températures de plus de 100 000 fois supérieures à celles du centre du Soleil. Cette température devraient faire fondre les protons et les neutrons qui pourront alors libérer les quarks. Cet état a probablement existé juste après le Big Bang, lorsque l'Univers était encore extrêmement chaud. Les données obtenues permettront donc d'étudier l'évolution de la matière de la naissance de l'Univers à nos jours.

ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus)Il possède les même objectifs que le CMS c'est à dire découvrir le boson de higgs. ATLAS est aussi l’un des deux détecteurs polyvalents du LHC. Il explorera un large éventail de domaines de la physique, de la recherche du boson de Higgs à celle d’autres dimensions, en passant par la quête des particules pouvant constituer la matière noire.

LHCb (Large Hadron Collider beauty)

L’expérience LHCb cherche à comprendre pourquoi nous vivons dans un Univers qui semble être constitué entièrement de matière, sans aucune présence d’antimatière. Elle explorera les différences entre la matière et l'antimatière en étudiant un type de particule appelée « quark beauté » ou « quark b ». Le LHC recréera les instants juste après le Big Bang, pendant lesquels les paires de quarks b et d’antiquarks b auraient été produites.

D'où vient la masse ?D'où vient la masse ?

Le boson de Higgs, aussi appelé «particule de Dieu», est une particule élémentaire imaginée par Peter Higgs.

On appelle champ de Higgs le champ créé par le Boson de Higgs.

Le boson de Higgs a été imaginé car un problème se posait à la suite de l'unification de deux interactions fondamentales, l'électrofaible et l'électromagnétique par Steven Weinberg, Abdus Salamet et Sheldon Lee Glashow, ce qui leur a valu un prix nobel avant même que leur théorie ne soit vérifiée expérimentalement.Le problème est que un boson a une masse alors qu'un photon n'en a pas.Le photon est la particule interactrice de l'electromagnétique ; le boson est celle de l'electrofaible. Ce sont deux interactions fondamentales.

La masse d'une particule résulte donc de son degré d'interaction avec le champ de Higgs.

Le premier objectif du LHC est de découvrir pourquoi certaines particules ont une masse alors que d'autres n'en n'ont pas. Atlas et CMS sont les deux expériences du LHC qui travaillent sur cet objectif. Pour répondre à cette question on tente de découvrir le boson de Higgs.

Pourquoi y a t-il plusPourquoi y a t-il plusde matière quede matière qued'antimatière ?d'antimatière ?

Qu'est ce que l'antimatière ?

L'antimatière est l'opposé de la matière. Par exemple, l'anti-électron est appelé positron. En théorie, la matière et l'antimatière devraient exister en quantité égale. Pourtant, l'antimatière a presque complètement disparu.L'expérience LHCb cherche à résoudre ce problème.

Quand une particule de matière rencontre sa particule d'antimatière correspondante, elles réagissent et se désintègrent pour donner de l'énergie.

Ceci est la conséquence de la célèbre formule d'Albert Einstein

E = m.c²

(l'énergie est égale à la masse multipliée par la vitesse de la lumière au carré)

Dans l'univers, la matière domine sur l'antimatière. En théorie, leurs quantités respectives devraient être égales.L'expérience LHCb du LHC tente d'éclaircir ce mystère.

De quoi sont constituésDe quoi sont constituésles 96 % deles 96 % de

l'univers invisible ?l'univers invisible ?

Depuis la Terre et avec les instruments de mesure dont nous disposons, on ne voit que 4% de l'univers. Le LHC tente de découvrir certaines particules qui composent la matière noire, ce qui nous permettrait de prouver qu'elle existe.

La matière noire correspond à la matière qui doit obligatoirement exister pour expliquer certains phénomènes dans l'univers, comme par exemple le fait que la circonférence d'une galaxie tourne plus vite que son centre.Cette matière est dite noire car elle n'émet pas de lumière.

Sur la photographie à droite, la matière noire est représentée en bleu.

Déterminer de quoi sont constitués les 96 % de l'univers invisible est l'un des objectifs du LHC.Presque toutes les expériences du LHC y travaillent, et tentent de percer ce mystère de l'univers.

Comment la matière a Comment la matière a t-elle évolué aprèst-elle évolué après

le Big Bang ?le Big Bang ?Le big bang est le phénomène le plus mystérieux actuellement. Au LHC, l'expérience ALICE tente de répondre à cette question.

Le big bang correspond à une énorme explosion, qui est à l'origine de l'univers.

Cependant, les scientifiques savent très mal ce qui s'est passé quelques secondes après cette explosion.

Au LHC, on tente de recréer les conditions dans lesquelles a eu lieu le big bang.Ainsi, les scientifiques peuvent découvrir les différentes étapes de cette explosion de manière expérimentale.

De plus, d'autres scientifiques tente de le découvrir de manière théorique, grâce à des calculs.

Le CERN Le CERN

Le CERN a pour missions de :

- Chercher des réponses aux questions concernant l’Univers.- Faire reculer les limites de la technologie. - Rassembler les nations : l’aventure de la science permet aux nations de s'unir en vue d'un but commun.- Former les scientifiques de demain .

Applications :

- Le web fut créé en 1991. Le projet World Wide Web permettait aux physiciens des hautes énergies (travaillant sur le LEP) de partager depuis n'importe où dans le monde leurs données acquises au cours des expériences, ainsi que tout type de documentations et d'informations et le tout indépendamment du système informatique. Les premiers utilisateurs du WWW ont donc été des scientifiques du CERN.- Le CERN développa l'imagerie médicale avec le principe du détecteur de cristaux.- Il a permis la compréhension des effets des rayonnements dans les traitements des tumeurs par faisceaux de hadrons.- On y a aussi découvert le processus d'incinération des déchets nucléaires.

Cinq scientifiques du CERN ont reçu un Prix Nobel entre 1952 et 1992 : Felix Bloch et Edward Mills; Sam Ting et Burt Richter; Carlo Rubbia et Simon van der Meer; Jack Steinberger, Léon Lederman et Mel Schwartz; Georges Charpak. Ils ont, entre autre, créé un détecteur de particules permettant d'explorer les parties les plus intimes de la matière et mis au point de nouvelles méthodes de mesures de précision du magnétisme nucléaire.

Dipôle principal exposé au CERN (1 parmi les 1232)

Logo du CERN

Le Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (CERN) a été créé le 29 septembre 1954. Il s'agit du plus grand centre physique des particules du monde. Son siège se situe en Suisse à Meyrin (canton de Genève) et environ 3000 scientifiques venus du monde entier y travaillent.

LHC:LHC:Qu'est-ce-que c'est? Qu'est-ce-que c'est?

LHC:LHC:Qu'est-ce-que c'est? Qu'est-ce-que c'est?

LHC:LHC:Qu'est-ce-que c'est? Qu'est-ce-que c'est?

LHC = Large Hadron Collider = Grand Collisionneur de Hadrons

(= accélérateur de particules) est un gigantesque instrument scientifique situé près de Genève, à cheval sur la frontière franco-suisse :

- 27 km de circonférence- situé à 100 m de profondeur- soumis à une T° de 2.7 K soit –

270.45°C environ- environ 5400 scientifiques y

travaillent.

Le projet LHC apparaît en 1980. Il remplace son prédecesseur, le LEP (grand collisionneur électron-positron du CERN) qui a fonctionné de 1989 à 2000. Le LEP n'était pas encore construit quand leur est venue l'idée du LHC. Le projet est réellement lancé en 1984.

Début 1996, les expèriences CMS et Atlas sont approuvées dans le but de découvrir le boson de Higgs, et en 1997, c'est le tour d'Alice pour étudier le plasma du quark et du gluon. Puis, en 1998, vient la quatrième expèrience, LHCb, qui permettra de comprendre pourquoi la matière domine l'antimatière dans l'univers. Le LEP s'arrêtera finalement en 2000. En 2004, naît le projet européen EGEE (Enabling Grids for EsciencE) pour mettre en place une charte de grille de calcul mondial pour la science regroupant 100 centres dans 31 pays. En 2005, CMS détecte ses premières particules « réelles ». En mars 2006, il enregistre ses premiers rayons cosmiques, et en 2008, le LHC démarre.

Carte localisant le LHC

Tunnel du LHC

Bibliographie

Pour réaliser cette exposition, les élèves ont utilisé :

Des livres : Balibar, Françoise; Lévy-Leblond, Jean-marc, Lehoucq, Roland. Qu'est-ce que la matière?Le Pommier/Cité des sciences et de l'industrie, 2005. Le collège de la cité. Chardin, G; Spiro, M. Le LHC peut-il produire des trous noirs?Le Pommier.2009. Les petites pommes du savoir. Cohen-Tannoudji, Gilles, Spiro, Michel. Particules élémentaires et cosmologie : les lois ultimes? Le Pommier/Cité des sciences et de l'industrie, 2008. Le collège de la cité. Davier, Michel. LHC : enquête sur le boson de Higgs. Le Pommier/Cité des sciences et de l'industrie, 2008. Le collège de la cité. Reeves, Hubert ( et ses amis). Petite histoire de la matière et de l'univers. Le Pommier, 2009. Les essais du pommier. Segrè, Emilio. Les physiciens modernes et leurs découvertes. Des rayons x aux quarks. Fayard, 1984.

Des brochures : CERN. Guide du LHC. Faq. 2009.Cern.

Des périodiques : Elémentaire De l'infiniment petit à l'infiniment grand. Revue d'information scientifique éditée par le CNRS . N°1, 2, 4, 5, 6 et 7.

Des vidéos :● Tourancheau Philippe, Limites de recherche : La traque du boson de Higgs ? La Cinquième, 2000 ; Paris, CNDP, 2000. 13 min 40 s .Galilée. Disponible sur Lesite.tv. Voyage au coeur de la matière. France3, 2008. 26 min. C'est pas sorcier

Des sites internet :

Sur le modèle standard : Benjamin Bradu. La science pour tous [ressource en ligne].01/09/2009. Le bestiaire des particules. Disponible sur : http://science-for-everyone.over-blog.com/article-35561611.html Sur les les particules d'interaction :http://wikipedia.frhttp://www.futura-sciences.com/http://www.universalis.fr/David Calvet. Voyage au coeur de la matière.[ressource en ligne].2003. Les interactions fondamentales.Disponible sur : http://voyage.in2p3.fr/interactions.htmlSur le LHC : CERN.Le grand collisionneur de hadrons ( LHC) [ressource en ligne]. 2008. Disponible sur http://public.web.cern.ch/public/fr/LHC/LHC-fr.htmlSur les objectifs du LHC : Gérard Villemin. NOMBRES - Curiosités, théorie et usages .[ressource en ligne].2005. Particules – introduction au modèle standard. Disponible sur :http://villemin.gerard.free.fr/Science/PaIntro.htmRichard Wittig. Gravitation universelle – L'espace pentadimensionnel.[ressource en ligne].2009.Disponible sur : http://www.gravitation-universelle.fr/demonstration_espace_pentadimensionnel.php CERN.Les dates clés du LHC [ressource en ligne]. 2008. Disponible sur : http://lhc-milestones.web.cern.ch/LHC-Milestones/Flash/LHCMilestones-fr.htmlPoppi, Francesco.Antimatière et boule de gomme. CERN Bulletin[ressource en ligne].2010. Disponible sur : http://cdsweb.cern.ch/journal/CERNBulletin/2010/16/News%20Articles/1255394?ln=frBoson de Higgs . Wikipedia [ressource en ligne]. Disponible sur : http://fr.wikipedia.org/wiki/Boson_de_HiggsEt pour les moments de détente, le jeu « Aidez la princesse des quarks »: Disponible sur : http://quanten.ludibunda.ch/e/games/game/