L'accélérateur de particules fait gagner de la vitesse à des particules. Les nouvelles
particules sont produites lors des collisions entre le faisceau de particules énergétique
avec une cible fixe ou avec un faisceau de particules se propageant sens inverse. La
collision de deux faisceaux se propageant en sens inverse libère deux fois plus d'énergie
qu'avec une cible fixe. Pour faire une analogie, une collision entre deux automobiles
venant en sens inverse cause plus de dommage qu'une voiture qui entre dans un mur ou un
arbre (quoi que l'arbre objectera à cet argument).
Dans le monde des physiciens, une collision est en fait une interaction. Les particules n'entrent pas en collision comme des autos. Dans le modèle standard des particules, les particules sont des points de tailles infinitésimales. La probabilité d'un face à face entre deux particules est donc nulle. Dans la théorie des cordes, se sont des cordes. La taille des cordes est de 1x10^-35m!!! La taille d'un atome est de 1x10^-10m. Même selon la théorie des cordes, la probabilité de collision physique entre particules est infime. Les particules interagissent et ce sont ces interactions à hautes énergies qui créent de nouvelles particules. Par exemple, un photon d'une énergie d'environ 1000 MeV interagissant avec un noyau peut produire une paire électron-positron.
Les protons, les électrons, les neutrons ainsi que les photons sont visibles à la température ambiante. Inutile de les accélérer et de créer une collision pour les voir. La plupart des autres particules ont une durée de vie limitée. L'antimatière est un bon exemple. Une particule d'antimatière se désintègre au contact de la matière. Il est possible d'observer de l'antimatière dans le vide pour de courts instants avant qu'elle ne s’annihile sur une paroi ou avec une impureté du vide. Il faut produire ces particules pour les observer, ce qui implique de l'énergie, ce que fournissent les accélérateurs. Le muon est un autre exemple de particules de courte durée. Sa durée de vie est de l'ordre du micron.
Le boson de Higgs aurait une masse autour de 140 GeV selon les dernières estimations théoriques. Une masse est la même chose que de l'énergie en raison de l'équation E=mc^2. Rappelons qu'un électron dans un plasma à 10 000 K a une énergie de 1 eV. C'est très très chaud 10 000K! C'est deux fois la température de la surface du soleil. Alors, essayer d'imaginer 140 milliards de fois cette énergie. Pour voir le boson de Higgs, 140 GeV sont nécessaires à sa création. Le LHC prévoit en produire 7 TeV. La création de particules est un processus aléatoire. Ce n'est pas parce que 140 GeV sont mis en jeu dans la collision qu'un Higgs sera produit. Loin de là. Il y aura une gerbe de millions de particules et, parfois, un Higgs apparaîtra, s'il existe. Les scientifiques doivent analyser des millions, voire des milliards de collisions pour identifier avec certitude le signal d'une seule particule.
Finalement, il y a les quarks. Les quarks constituent les protons et les neutrons. La théorie des quarks se nomme la chromodynamique quantique et a été développée par Murray Gell-Mann. Les quarks ont une charge et aussi une couleur, qui est un type de charge, mais pour la force forte. Le nom chromo vient de couleur, d'où chromodynamique, la dynamique des couleurs (j'aime le choix des noms pour cette théorie). Les quarks sont liés entre eux par la force forte par l'entremise des gluons. Les gluons portent bien leur nom. Ils sont tellement efficaces à lier les quarks, qu'il n'est possible de voir des quarks libres qu'à de très très hautes énergies sous forme de plasma quark-gluon. Pour des températures plus faibles, les quarks forment des particules lourdes nommées hadron. En étudiant les hadrons, les physiciens sont parvenus à comprendre la dynamique des quarks, sans vraiment les voir.
Dans le monde des physiciens, une collision est en fait une interaction. Les particules n'entrent pas en collision comme des autos. Dans le modèle standard des particules, les particules sont des points de tailles infinitésimales. La probabilité d'un face à face entre deux particules est donc nulle. Dans la théorie des cordes, se sont des cordes. La taille des cordes est de 1x10^-35m!!! La taille d'un atome est de 1x10^-10m. Même selon la théorie des cordes, la probabilité de collision physique entre particules est infime. Les particules interagissent et ce sont ces interactions à hautes énergies qui créent de nouvelles particules. Par exemple, un photon d'une énergie d'environ 1000 MeV interagissant avec un noyau peut produire une paire électron-positron.
Les protons, les électrons, les neutrons ainsi que les photons sont visibles à la température ambiante. Inutile de les accélérer et de créer une collision pour les voir. La plupart des autres particules ont une durée de vie limitée. L'antimatière est un bon exemple. Une particule d'antimatière se désintègre au contact de la matière. Il est possible d'observer de l'antimatière dans le vide pour de courts instants avant qu'elle ne s’annihile sur une paroi ou avec une impureté du vide. Il faut produire ces particules pour les observer, ce qui implique de l'énergie, ce que fournissent les accélérateurs. Le muon est un autre exemple de particules de courte durée. Sa durée de vie est de l'ordre du micron.
Le boson de Higgs aurait une masse autour de 140 GeV selon les dernières estimations théoriques. Une masse est la même chose que de l'énergie en raison de l'équation E=mc^2. Rappelons qu'un électron dans un plasma à 10 000 K a une énergie de 1 eV. C'est très très chaud 10 000K! C'est deux fois la température de la surface du soleil. Alors, essayer d'imaginer 140 milliards de fois cette énergie. Pour voir le boson de Higgs, 140 GeV sont nécessaires à sa création. Le LHC prévoit en produire 7 TeV. La création de particules est un processus aléatoire. Ce n'est pas parce que 140 GeV sont mis en jeu dans la collision qu'un Higgs sera produit. Loin de là. Il y aura une gerbe de millions de particules et, parfois, un Higgs apparaîtra, s'il existe. Les scientifiques doivent analyser des millions, voire des milliards de collisions pour identifier avec certitude le signal d'une seule particule.
Finalement, il y a les quarks. Les quarks constituent les protons et les neutrons. La théorie des quarks se nomme la chromodynamique quantique et a été développée par Murray Gell-Mann. Les quarks ont une charge et aussi une couleur, qui est un type de charge, mais pour la force forte. Le nom chromo vient de couleur, d'où chromodynamique, la dynamique des couleurs (j'aime le choix des noms pour cette théorie). Les quarks sont liés entre eux par la force forte par l'entremise des gluons. Les gluons portent bien leur nom. Ils sont tellement efficaces à lier les quarks, qu'il n'est possible de voir des quarks libres qu'à de très très hautes énergies sous forme de plasma quark-gluon. Pour des températures plus faibles, les quarks forment des particules lourdes nommées hadron. En étudiant les hadrons, les physiciens sont parvenus à comprendre la dynamique des quarks, sans vraiment les voir.
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