Glossaire

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Accélérateur

Machine qui accélère des faisceaux de particules et les porte à des énergies élevées. On utilise des champs électriques pour accélérer les particules et des aimants pour les guider et les focaliser. Les faisceaux peuvent entrer en collision entre eux ou avec une cible fixe.

• Un collisionneur est un accélérateur circulaire dans lequel deux faisceaux sont accélérés en sens inverse et interagissent en des points de collision déterminés.
• Un accélérateur linéaire (linac) sert souvent de premier maillon de la chaîne d’accélération.
• Un synchrotron est un accélérateur dans lequel le champ magnétique courbant les orbites des particules augmente avec l’énergie de ces dernières, ce qui permet d’obtenir des orbites circulaires.

ALICE (A Large Ion Collider Experiment)

Une des quatre grandes expériences qui étudieront les collisions au LHC.

Antimatière

À toute particule de matière correspond une antiparticule. Les antiparticules chargées portent une charge électrique opposée à celle de leur partenaire de matière. Bien que les antiparticules soient excessivement rares dans l’Univers aujourd’hui, on pense que matière et antimatière ont été créées en quantités égales lors du big bang.

Antiproton

Antiparticule du proton.

ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS)

Une des quatre grandes expériences qui étudieront les collisions au LHC.

Atome

Toute la matière ordinaire est constituée d’atomes, eux-mêmes composés d’un noyau et d’électrons. Les protons et les neutrons, qui forment le noyau, sont constitués de quarks, les plus petites particules de matière connues à ce jour.

Big Bang

Nom donné à l’explosion originelle de l’Univers.

Boson

Nom générique donné aux particules qui véhiculent les forces entre les particules de matière (voir Particules).

Boson de Higgs

Particule prédite par la théorie, qu’on associe au mécanisme par lequel les physiciens pensent que les particules acquièrent une masse.

Bouchon

Détecteur placé à chaque extrémité d’un détecteur en forme de tonneau afin d’étendre au maximum la zone de détection des particules.

Calorimètre

Instrument servant à mesurer la quantité d’énergie que possède une particule. Le calorimètre électromagnétique mesure l’énergie des électrons et des photons, alors que le calorimètre hadronique détermine l’énergie des hadrons (particules telles que protons, neutrons, pions et kaons).

CARE (Recherche coordonnée sur les accélérateurs en Europe)

Programme financé par l’Union européenne ayant pour but de promouvoir au niveau européen l’organisation et l’intégration de la recherche-développement dans le domaine des accélérateurs.

Cavité accélératrice

Dispositif produisant le champ électrique qui sert à accélérer les particules dans un accélérateur. La fréquence d’oscillation du champ électrique correspondant à celle des ondes radio, ces dispositifs sont également appelés « cavités radiofréquence ».

Chambre à muons

Dispositif qui identifie les muons et qui, associé à un système magnétique, forme un spectromètre à muons pour mesurer leurs impulsions.

Chromodynamique quantique (QCD)

Théorie de l’interaction forte, similaire à l’électrodynamique quantique.

Collisionneur

Type spécial d’accélérateur dans lequel on accélère deux faisceaux circulant en sens inverses qui interagissent en des points de collision déterminés. L’énergie de collision est ainsi le double de celle d’un faisceau individuel et dépasse largement celle qu’on obtient dans des collisions avec une cible fixe.

CLIC (Collisionneur linéaire compact)

Étude de faisabilité non limitée à un site ayant pour but de développer, à un prix abordable, une technologie réaliste pour construire un collisionneur linéaire électron-positon (de plusieurs TeV) pour la physique des hautes énergies.

CMS (Compact Muon Solenoid)

Une des quatre grandes expériences qui étudieront les collisions au LHC.

CNGS (Neutrinos du CERN vers le Gran Sasso)

Installation dont l’objet est la première observation de neutrinos du tau issus de l’oscillation de neutrinos du muon, en envoyant un faisceau de neutrinos du muon du CERN au Laboratoire National de Gran Sasso, en Italie.

Compteur Chérenkov à focalisation annulaire (RICH)

Type de détecteur de particules utilisant la lumière émise par des particules chargées rapides pour identifier celles-ci.

Cryostat

Enceinte servant à maintenir des températures extrêmement basses.

Décélérateur d’antiprotons (AD)

Installation de recherche du CERN produisant des antiprotons de basse énergie.

Déclenchement

Dispositif électronique permettant de sélectionner les interactions susceptibles d’être intéressantes dans un détecteur de particules, puis d’activer le système de lecture du détecteur pour qu’il enregistre les données de la collision.

Détecteur

Dispositif servant à mesurer des propriétés des particules. Certains détecteurs mesurent les traces laissées par les particules, d’autres l’énergie. Le terme désigne aussi les immenses installations composites formées de multiples éléments de détection plus petits. Dans les grands détecteurs du LHC, chaque couche d’instruments a une tâche bien déterminée.

Dipôle

Aimant possédant deux pôles, comme les pôles nord et sud d’un aimant permanent en fer à cheval. Dans les accélérateurs de particules, les dipôles servent à maintenir celles-ci sur une orbite circulaire. Le LHC compte 1232 dipôles de 15 m de longueur.

EGEE (Réalisation de grilles pour la science en ligne)

Projet financé par l’Union européenne et piloté par le CERN réunissant plus de 90 institutions de plus de 30 pays du monde entier pour fournir une infrastructure de grille accessible aux chercheurs 24 heures sur 24.

Électrodynamique quantique (QED)

Théorie de l’interaction électromagnétique.

Électronvolt (eV)

Unité d’énergie ou de masse utilisée en physique des particules. Un eV étant extrêmement petit, ses multiples, le MeV (million d’électronvolts) et le GeV (milliard d’électronvolts), sont d’usage plus courant. La toute dernière génération d’accélérateurs de particules atteint des énergies de plusieurs milliers de milliards d’électronvolts (de l’ordre du TeV). Un TeV représente à peu près l’énergie cinétique d’un moustique en vol.

Faisceau

Dans un accélérateur, les particules sont rassemblées en un faisceau. Les faisceaux peuvent contenir des milliards de particules et peuvent être divisés en paquets. Chaque paquet mesure ordinairement plusieurs centimètres de long, mais seulement quelques micromètres de large.

Forces

Quatre forces fondamentales agissent dans la Nature. La plus connue, la gravitation, est aussi la plus faible. La force à laquelle nous devons les orages et qui véhicule l’électricité est la force électromagnétique. Les deux autres forces, la force forte et la force faible, sont confinées dans le noyau atomique. La force forte assure la cohésion du noyau, tandis que la force faible provoque la dissociation de certains noyaux. La force faible joue un rôle important dans la production d’énergie au coeur des étoiles, notamment le Soleil. Les physiciens cherchent une théorie permettant d’expliquer toutes ces forces. Un grand pas a été fait dans les années 60 avec la théorie unifiée des forces électromagnétique et faible, dite électrofaible. Celle-ci a par la suite été confirmée par une expérience au CERN récompensée par un prix Nobel.

Force forte

Force qui lie les quarks entre eux au sein des protons, des neutrons et d’autres particules. Elle empêche également les protons du noyau de s’éloigner les uns des autres sous l'influence de la force électrique répulsive qui s'exerce entre eux (les protons étant tous de charge positive). Contrairement aux effets plus familiers de la gravité et de l’électromagnétisme, où les forces deviennent plus faibles avec la distance, la force forte, elle, augmente.

Force faible

Force qui agit sur toutes les particules et conduit, entre autres phénomènes, à la désintégration des neutrons (à l'origine de nombreuses manifestations de radioactivité naturelle) et permet la transformation d'un proton en neutron (phénomène responsable de la combustion de l'hydrogène au centre des étoiles). Cette force peut être soit attractive, soit répulsive.

Force électromagnétique

Force qui lie les électrons négatifs au noyau positif des atomes, et est à la base des interactions entre atomes qui donnent naissance aux molécules. Contrairement à la gravité, cette force peut conduire à des effets d'attraction ou de répulsion. Des charges électriques opposées (positive et négative) et des pôles magnétiques opposés (nord et sud) s'attirent, mais des charges ou des pôles de même type se repoussent.

Gluon

Particule de la famille des bosons, messagère de la force forte, l'une des quatre forces, ou interactions, fondamentales entre particules.

Hadron

Particule subatomique contenant des quarks, des antiquarks et des gluons et qui est donc soumise à la force forte (voir Particules).

Injecteur

Système qui fournit des particules à un accélérateur. La chaîne d’injection du LHC est constituée de plusieurs accélérateurs successifs.

Ion

Atome auquel on a enlevé (ion positif) ou ajouté (ion négatif) un ou plusieurs électrons.

Isotope

Forme légèrement différente d’un même élément chimique. Les isotopes se distinguent les uns des autres par le nombre de neutrons contenus dans leur noyau, le nombre de protons étant identique.

Kaon

Méson contenant un quark ou un antiquark étrange. Il existe deux types de kaons neutres : à vie longue et à vie courte. Les premiers se désintègrent parfois en deux pions, un processus qui viole la symétrie CP.

Kelvin

Unité de température. Un kelvin est égal à un degré Celsius. L’échelle des kelvins commence au zéro absolu, la température la plus basse possible (– 273,15° Celsius).

LCG (Grille de calcul pour le LHC)

Grille dont le but est d’établir une infrastructure de stockage et d’analyse de données pour tous les chercheurs en physique des hautes énergies qui utiliseront le LHC.

LEP (Large Electron-Positron Collider, Grand collisionneur électron-positon)

Grand collisionneur électron-positon, en service au CERN jusqu’en 2000.

Lepton

Classe de particules élémentaires qui comprend l’électron. Particules de matière insensibles à la force forte (voir Particules).

LHC (Large Hadron Collider, Grand collisionneur de hadrons)

Grand collisionneur de hadrons ; le plus grand accélérateur du CERN.

LHCb (Large Hadron Collider beauty)

Une des quatre grandes expériences qui étudieront les collisions au LHC.

Ligne de distribution cryogénique (QRL)

Système utilisé pour le transport de l’hélium liquide à très basse température autour du LHC, nécessaire pour que les aimants orientant le faisceau restent supraconducteurs.

Linac

Abréviation de « linear accelerator » (accélérateur linéaire).

Ligne de transfert

Ligne transportant un faisceau de particules, par exemple de protons, d’un accélérateur à un autre en le guidant à l’aide d’aimants.

Matière noire

Seule 4% de la matière de l’Univers est visible. Le reste se trouve sous forme de matière noire (26%) et d’énergie sombre (70%). Découvrir la nature de la matière noire est l’un des grands objectifs de la science moderne.

Modèle / Modèle scientifique

Les physiciens élaborent et développent des « modèles » pour décrire une théorie scientifique liée à des phénomènes. Un modèle est généralement basé sur une théorie (une série d'hypothèses) et fondé sur des paramètres obtenus à partir de données expérimentales et/ou d'observations. On peut parfois avoir recours à des simulations informatiques pour éprouver la fiabilité d’un modèle. S’il s’avère que le modèle est suffisamment bon, la simulation peut même être utilisée pour prédire ce qui se passerait si les paramètres initiaux étaient différents. Le modèle scientifique est un outil largement utilisé dans de nombreux domaines de la science moderne.

Modèle standard

Ensemble de théories rassemblant les connaissances actuelles sur les propriétés des particules fondamentales.

Muon

Particule semblable à l’électron, mais de masse environ 200 fois supérieure (voir Particules).

Neutrino

Particule neutre qui n’interagit que très faiblement. Les neutrinos, très courants, pourraient répondre à de nombreuses interrogations des physiciens (voir Particules).

Neutron

Baryon ayant une charge électrique nulle; c'est un hadron constitué de deux quarks down (bas) et d'un quark up (haut), maintenus ensemble par des gluons.

Nucléon

Nom g�n�rique donn� aux protons et aux neutrons.

Particules

Les particules élémentaires se répartissent en deux groupes, les quarks et les leptons. Les différents quarks sont les quarks u (haut) et d (bas), les quarks c (charmés) et s (étranges), et les quarks t (top) et b (beauté). La catégorie des leptons regroupe l’électron et le neutrino de l’électron, le muon et le neutrino du muon, le tau et le neutrino du tau. Quatre forces, ou interactions, fondamentales assurent la cohésion des particules. Elles sont portées par des particules appelées bosons. La force électromagnétique est portée par le photon ; la force faible par les bosons W, chargés, et par le boson Z, neutre ; la force forte par le gluon ; enfin, la gravité est probablement portée par le graviton, qui n’a pas encore été découvert. Les hadrons sont des particules sensibles à la force forte. Ils comprennent les mésons, particules formées d’une paire quark-antiquark, et les baryons, particules formées de trois quarks. Le pion et le kaon sont deux types de mésons. Les neutrons et les protons (constituants la matière ordinaire) sont des baryons ; les neutrons contiennent un quark u et deux quarks d ; les protons contiennent deux quarks u et un quark d.

Particule élémentaire

Particule sans sous-structure interne à partir de laquelle toutes les autres particules sont faites.

Plasma quarks-gluons (PQG)

Nouveau type de plasma dans lequel les protons et les neutrons se dissocieraient en leurs parties constitutives ; cet état de la matière aurait existé immédiatement après le big bang.

Photon

Particule messagère de l'interaction électromagnétique (voir Particules).

Pion

Méson le plus léger.

Positon

Antiparticule de l’électron.

Proton

Hadron le plus courant, c'est un baryon ayant une charge électrique de +e, opposée à celle de l'électron. Les protons sont constitués de deux quarks up (haut) et d'un quark down (bas), liés ensemble par les gluons. Le noyau d'un atome d'hydrogène est un proton.

PS (Proton Synchrotron)

Synchrotron à protons, clé de voûte du complexe d’accélérateurs du CERN.

Quadrip�le

Aimant à quatre pôles servant à focaliser les faisceaux de particules, à l’instar d’une lentille en verre focalisant la lumière.

Quark

Classe de particules élémentaires attirée par la force forte.

Rapport technique de conception (TDR)

Plan détaillé d’un sous-détecteur du LHC.

Rayon cosmique

Particule de haute énergie provenant de l’espace qui, lorsqu’elle frappe l’atmosphère terrestre, produit de nombreuses particules secondaires également appelées rayons cosmiques.

Rayonnement Chérenkov

Lumière émise par des particules chargées traversant un milieu transparent dense à une vitesse supérieure à la vitesse de la lumière dans ce milieu.

Scintillation

Éclair lumineux émis par un électron dans un atome excité qui retourne à son état fondamental.

Sextupôle

Aimant à six pôles servant à corriger les faisceaux de particules. Au LHC, des aimants à huit et dix pôles seront aussi utilisés à cette fin.

Spectrom�tre

En physique des particules, système de détection contenant un champ magnétique et servant à mesurer l’impulsion de particules.

SPS (Super Proton Synchrotron)

Supersynchrotron à protons. Accélérateur fournissant les faisceaux pour les expériences du CERN, et préparant également ceux du LHC.

Superfluidité

Phase de la matière caractérisée par une résistance nulle à l’écoulement (viscosité nulle).

Supersymétrie

Théorie prédisant l’existence de « superpartenaires » lourds pour toutes les particules connues, dont la validité sera vérifiée au LHC.

Supraconductivité

Propriété de certains matériaux, habituellement à très basse température, de conduire l’électricité sans résistance. Un courant électrique émis dans un circuit supraconducteur y circulera éternellement, pour autant que le circuit reste suffisamment froid.

Synchrotron

Accélérateur dans lequel le champ magnétique courbant les orbites des particules augmente avec l’énergie de ces dernières. Cette technique permet d’obtenir des orbites circulaires.

Transfert de technologie

Promotion et diffusion de technologies développées, par exemple au CERN, afin d’en transmettre les bénéfices socioéconomiques et culturels.

Transition résistive

Un aimant supraconducteur subit une transition résistive quand une partie de câble se réchauffe et cesse d’être supraconducteur.

Vide

Espace qui ne contient sensiblement aucune matière et où la pression gazeuse est par conséquent très inférieure à la pression atmosphérique habituelle.

Violation de CP

Effet subtil observé lors de la désintégration de certaines particules, qui révèle la « préférence » de la nature pour la matière au détriment de l’antimatière.