[FR] ELENA est si belle que l'antimatière ralentit à son passage
This post is the French adaptation of my previous article on ELENA and its beauty.
Cela fait longtemps que je n'ai pas écris en français, du coup... ben bonne année et en avant... La première nouvelle est que maintenant, je peux ajouter les accents et les cédilles. C'est magique n'est-ce pas. La deuxième nouvelle est que je vais essayer de traduire mes posts plus systématiquement. Je ne sais pas si je vais tenir le rythme, mais on va essayer.
[image credits: pixabay]
Dans cet article, je vais discuter d'un projet du CERN appelé ELENA et qui concerne les recherches d'antimatière. Il s'agit de l'adaptation en français d'un post en anglais que j'ai écrit l'an dernier et qui se trouve ici.
Le CERN est le plus grand laboratoire de physique au monde et se trouve à Genève, en Suisse. Il s'y trouve bien entendu le Grand Collisionneur de Hadrons, le LHC, et les expériences qui lui sont associées, mais pas seulement. De très nombreuses autres expériences ont aussi lieu au CERN, et sont tout aussi importantes pour la physique et notre compréhension du fonctionnement de l'univers.
J'ai déjà écrit quelques articles évoquant l'antimatière sur Steemit, et même en français, et je continue donc sur cette lancée. Je ne parlerai pas des avancées majeures de la fin 2016 qui ont été couvertes dans de nombreux articles d'autres auteurs (et je trouve que cela n'apporte pas grand chose de répéter encore une fois la même chose), mais je veux parler d'un anneau tout neuf permettant de ralentir les particules d'antimatière. Cet anneau (une sorte de fin cercle dans lequel circulent des particules) est appelé ELENA.
L'ANTIMATIERE EN QUELQUES MOTS
Avant de continuer, la première question que l'on peut se poser est à propos de la nature de l'antimatière et de ce que c'est exactement.
Dans le monde microscopique, tout ce qui se trouve autour de nous est construit à l'aide d'un faible nombre de constituants élémentaires. Ces blocs de base formant la matière environnante peuvent être différents selon le domaine de la physique qui nous intéresse.
Tandis qu'un physicien des particules sera intéressé par des quarks et des leptons, il est parfois plus simple de réécrire la théorie différemment et de remplacer nos quarks par des objets composites comme des protons ou des neutrons.
Dans tous les cas, une particule est caractérisée par un ensemble de propriétés comme sa masse, sa charge électrique, sa durée de vie et un ensemble de nombres quantiques (la charge électrique est d'ailleurs l'un d'eux). Nous vivons dans un monde quantique, du coup il faut bien des nombres quantiques, n'est-ce pas?
De plus, à chaque particule correspond une antiparticule : protons et antiprotons, neutrons et antineutrons, quarks et antiquarks, etc. Cela reste vrai quel que soit les éléments de base choisis. Ainsi, au niveau de la physique atomique, on aura des atomes d'hydrogène et d'anti-hydrogène.
Les différences entre une particule et l'antiparticule associée sont minimes. Cela découle de la symétrie CPT, l'une des symétries les plus fondamentales de la nature. Je rappelle que dans le monde microscopique, tout est connecté à une symétrie.
Cette symétrie CPT nous indique qu'une particule et une antiparticule sont identiques mis à part leurs nombres quantiques qui sont opposés. Ainsi, un proton aura une charge électrique de +1 unité et un antiproton de -1 unité. La masse, la durée de vie et toutes les autres propriétés restent identiques. C'est après tout la définition d'une symétrie.
L'ANTIMATIERE AU CERN ET LE BESOIN DE LA RALENTIR
Plusieurs expériences du CERN se concentrent sur l'étude de l'antimatière, comme ASACUSA dont j'ai déjà discuté les aspects sur Steemit.
Ces expériences d'antimatière utilisent comme objet de départ un faisceau d'antiprotons dont les propriétés sont souvent étudiées au cours de l'expérience. Le but de toutes ces expériences, sur le plus ou moins long terme, est de vérifier la validité de la symétrie CPT et de repousser les frontières du domaine de nos connaissances.
Afin que tout cela se produise, il faut que le faisceau d'antiprotons du départ soit ralenti autant que possible. Des antiprotons lents sont, juste pour donner un exemple, l'ingrédient principal pour former des atomes d'anti-hydrogène obtenus en combinant un antiproton et un positron.
ELENA ET LES ANTIPROTONS
Et c'est ainsi qu'ELENA entre en jeu.
ELENA est un acronyme (les physiciens aiment cela) et veut dire Extra Low ENergy Antiproton. Un schéma d'ELENA est présenté ci-dessous.
[image credits: the ELENA experiment ]
Mais qu'est précisément ELENA? ELENA ressemble à un accélérateur sur tous les aspects, mais cet anneau n'en est pas un. Il mesure 182m de long, à comparer par exemple au LHC qui en fait 27km et sert à ralentir les antiprotons qui sont injectés dans l'anneau. ELENA est donc un décélérateur d'antiprotons.
ELENA est en fait capable de réduire l'énergie cinétique des antiprotons à un niveau très faible où cette énergie est égale à seulement 10% de leur masse.
EN DETAILS
Mais comment fonctionne ELENA? En fait tout simplement de la même façon qu'un accélérateur fonctionne. Des champs électriques et magnétiques sont utilisés pour contrôler la trajectoire des antiprotons et agir sur leur vitesse. Cela signfifie simpelement qu'ELENA fait son boulot à l'aide d'aimants.
Pour achever ces buts, les concepteurs d'ELENA ont cependant à contrecarrer un grand nombre de perturbations extérieures à l'expérience, comme le champ magnétique de la Terre pour en citer une. Ce champ magnétique est extrêmement faible, mais est en fait aussi faible que les champs magnétiques appliqués par ELENA au faisceau d'antiprotons. Il peut donc y avoir des interférences importantes. La solution existe cependant, et consiste simplement à appliquer un champ faible et intense contre-balançant les effets de la Terre.
A chaque perturbation sa solution.
[image credits: pixabay]
Et maintenant le fun. Afin d'étudier un antiproton, il faut le piéger. Comme le chat ci-dessus.
Grâce à ELENA, la probabilité d'arriver à piéger un antiproton va augmenter d'un facteur 10 à 100. Cela signifie alors que nous aurons un plus grand nombre d'antiprotons pour alimenter les expériences de recherche d'antimatière, et donc une plus grande confiance en les résultats qui seront reproduits maintes fois. Nous aurons également le luxe de pouvoir concevoir de nouvelles expériences et de se concentrer sur de nouveaux défis.
ELENA est de plus suffisamment imposante pour pouvoir gérer quatre expériences en parallèle.
POURQUOI PARLER D'ELENA AUJOURD'HUI?
Parce que l'anneau décélérateur vient d'être achevé il y a un mois et que les premiers faisceaux y ont circulé. Et aussi que je ne suis pas rapide avec la traduction de certains de mes articles, ce qui explique la parution de cet article en janvier 2017 et non pas en décembre 2016...
[image credits: a CERN press release]
L'équipe du CERN travaillant sur ELENA est à présent occupée avec les étapes suivantes du projet, à savoir les vérifications permettant de dire si tout fonctionne comme prévu et la configuration finale de la machine.
Et comment sont générés les anti-protons au départ ?
Le point de depart est un faisceau de protons a haute energie (mais cependant bien moindre que pour le LHC) qui est ensuite envoye dans une cible de metal. Cela cree un bon nombre de particules secondaires, dont des antiprotons. Ces derniers sont finalement selectionnes a l'aide de champs magnetiques.