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L’expérience ATLAS est le plus grand détecteur de particules au Grand collisionneur de hadrons (LHC), le plus grand brise-atomes du monde. L’expérience ATLAS (abréviation de « A Toroidal LHC Apparatus ») détecte les minuscules particules subatomiques créées après que des faisceaux de particules se sont écrasés à une vitesse proche de la lumière au LHC, qui est exploité par l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN). Plus célèbre encore, les physiciens du LHC ont découvert le le boson de Higgs en 2012, grâce, en grande partie, aux résultats de l’expérience ATLAS.
Le détecteur de particules ATLAS
Les faisceaux de particules du LHC tourbillonnent autour d’un anneau souterrain de 27 kilomètres de long près de Genève, avant de se percuter. Les collisions créent des particules qui volent dans toutes les directions, et c’est la tâche d’un détecteur de particules – une masse d’équipements de haute technologie entourant le point de collision – de capturer autant d’informations que possible à leur sujet, selon CERN.
Les particules se déplaceraient normalement en lignes droites, mais si elles ont une charge électrique non nulle, leurs trajectoires peuvent être incurvées en appliquant une forte champ magnétique. Dans le cas d’ATLAS, cela est réalisé à l’aide d’une série d’électroaimants en forme de beignet extrêmement puissants appelés tores. Ces tores donnent son nom à ATLAS, selon Données ouvertes ATLAS. La quantité de courbure dépend de la quantité de mouvement d’une particule, il est donc possible de la calculer en suivant la trajectoire exacte d’une particule.
Ceci est fait par le détecteur interne d’ATLAS, qui selon le CERN est composé de trois couches. Tout d’abord, à seulement 1,3 pouces (3,3 centimètres) du faisceau central, se trouve un réseau de près de 100 millions de pixels de silicium, chacun plus petit qu’un grain de sable, pour détecter les particules chargées lorsqu’elles jaillissent du point de collision. Autour du détecteur de pixels se trouve un tracker à semi-conducteur composé de millions de « micro-bandes » de capteurs, qui fournit un suivi supplémentaire des particules émises. Enfin, un traqueur de rayonnement de transition composé de 300 000 tubes remplis de gaz, chacun de 0,17 pouces (4 millimètres) de diamètre, est utilisé à la fois pour détecter et identifier les particules chargées lorsqu’elles ionisent le gaz.
Le détecteur interne est entouré d’un réseau de calorimètres, des dispositifs qui arrêtent et absorbent les particules pour mesurer leur énergie. Enfin, la partie la plus externe du système consiste en un spectromètre de haute précision à trois couches visant à détecter un type de particule particulièrement insaisissable appelé muon.
L’expérience ATLAS au Large Hadron Collider
Avec une longueur de 151 pieds (46 mètres), un diamètre de 82 pieds (25 m) et un poids de 7 700 tonnes (7 000 tonnes métriques), ATLAS est le plus grand détecteur de collisionneur jamais construit, selon le Royaume-Uni. Conseil des installations scientifiques et technologiques. Il se trouve dans une caverne souterraine à 100 m sous la surface, près du village de Meyrin en Suisse. Sa caractéristique la plus distinctive, son énorme système d’aimants, prend la forme de huit tores supraconducteurs, chacun de 82 pieds (25 m) de long.
Les collisions de particules qui se produisent au cœur du détecteur le font à un rythme d’environ un milliard par seconde, selon le Site de l’expérience ATLAS. Les données de ces collisions sont enregistrées à l’aide de plus de 100 millions de canaux électroniques, avant d’être analysées par des équipes de scientifiques dispersées dans le monde entier. Avec plus de 5 500 membres, la communauté ATLAS est l’une des plus grandes collaborations scientifiques de l’histoire.
Résultats de l’expérience ATLAS
ATLAS est l’un des deux détecteurs polyvalents du LHC, avec le Solénoïde muon compact (CMS), selon CERN. Bien que les deux détecteurs diffèrent par leur approche technique et la conception de leurs aimants, ils ont les mêmes objectifs scientifiques fondamentaux. Selon l’équipe ATLAS de Collège universitaire de Londresil s’agit notamment de répondre à certaines des plus grandes questions sans réponse que les scientifiques se posent sur l’univers, telles que la nature exacte de matière noirepourquoi la matière est tellement plus abondante que antimatièreet si l’espace a d’autres dimensions inconnues.
Le plus grand moment d’ATLAS à ce jour a sans aucun doute été la découverte du boson de Higgs. L’existence de cette particule avait été prédite dans les années 1960 mais, en raison de sa grande masse et de son existence éphémère, elle n’avait jamais été observée avec les générations précédentes de détecteurs de particules. Cependant, la longue recherche a finalement pris fin en 2012, lorsque ATLAS et CMS ont détecté la particule de Higgs avec une signification de « 5 sigma », ce qui signifie qu’il y avait moins d’une chance sur un million que la détection soit causée par des fluctuations aléatoires. L’annonce, le 4 juillet 2012, était tellement attendue que seules les personnes qui avaient fait la queue la nuit précédente ont pu entrer dans la salle le jour de l’annonce, selon CERN.
Depuis la découverte du Higgs, ATLAS a été très occupé. En juin 2021, la collaboration ATLAS a soumis son 1 000e article scientifique pour publication, selon CERN. C’est une quantité vraiment étonnante de recherche de pointe réalisée par une seule installation en 10 ans. Mais son travail n’est pas encore terminé, car les scientifiques sont toujours à la recherche de la prochaine grande découverte au-delà du boson de Higgs.
Pendant longtemps, on a cru que cela pourrait impliquer toute une famille de particules « supersymétriques » théoriquement prédites. Mais une étude de 2021 par des chercheurs d’ATLAS n’a rien trouvé de tel, Live Science signalé précédemment. C’est une mauvaise nouvelle pour les théoriciens, mais pas nécessairement pour le reste d’entre nous, car cela signifie que la percée, lorsqu’elle se produira enfin, pourrait être quelque chose de totalement inattendu.
Ressources supplémentaires
Bibliographie
Anthony, K. (2021, 18 juin). ATLAS célèbre les résultats de 1000 articles sur les collisions. Expérience ATLAS, CERN. https://atlas-public.web.cern.ch/updates/news/1000-collision-papers
Expérience ATLAS. (sd). L’expérience ATLAS. CERN. Extrait le 16 mars 2022 dehttps://atlas.cern/about
Données ouvertes ATLAS. (sd). Détecteur ATLAS au LHC. Extrait le 16 mars 2022 de http://opendata.atlas.cern/release/2020/documentation/atlas/experiment.html
CERN. (sd). ATLAS. Extrait le 16 mars 2022 de https://home.web.cern.ch/science/experiments/atlas
CERN. (sd). Comment fonctionne un détecteur. Extrait le 16 mars 2022 de https://home.web.cern.ch/science/experiments/how-detector-works
Gray, H., & Mansoulié, B. (2018, 4 juillet). Le boson de Higgs : la chasse, la découverte, l’étude et quelques perspectives d’avenir. Expérience ATLAS, CERN. https://atlas-public.web.cern.ch/updates/feature/higgs-boson
Conseil des installations scientifiques et technologiques. (2016, 3 mars). ATLAS. Recherche et innovation au Royaume-Uni. https://stfc.ukri.org/research/particle-physics-and-particle-astrophysics/large-hadron-collider/atlas/
Collège universitaire de Londres. (sd). ATLAS@UCL. Extrait le 16 mars 2022 de https://www.hep.ucl.ac.uk/atlas/
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