CERN accelerators come alive for LHC restart
Multitude of experiments will be switched on during the next four months
Le Grand collisionneur de hadrons du CERN (LHC) de 27 km est progressivement redémarré après avoir été fermé pendant 16 mois pour un entretien majeur et un programme de mise à niveau. Les scientifiques du CERN espèrent que la mise à niveau - coût SW FR 150m (124m €) - va maintenant augmenter l'énergie du collisionneur jusqu’ à l'énergie de la conception complète à 13 TeV.
Le LHC se trouve à une extrémité d'une chaîne d'accélérateurs de protons qui prennent en charge un grand nombre de diverses expériences. Certaines de ces expériences ont également subi d'importantes améliorations. D'autres sont nouvelles et ont des objectifs allant de la recherche physique au-delà du modèle standard puis à des développements de composants électroniques qui seraient résistantes aux dégâts d'irradiation.
Le LHC a été mis hors service depuis Février 2013, lorsque il a été éteint après un terme de trois ans d'exploitation à 7 TeV. Bien que le collisionneur ne fonctionnait pas à son énergie de conception complète pour 13 TeV, ce fut suffisant en Juillet 2012 pour permettre aux scientifiques d'annoncer la détection du boson insaisissable de particules, qui avait d'abord été théorisé en 1964 et a conduit à François Englert et Peter Higgs à partager le Prix Nobel de Physique. 2013
Après avoir mis à niveau le LHC, ce qui a impliqué la consolidation de 10 000 connexions d'aimants supraconducteurs, le CERN redémarre méthodiquement l'étape de la chaîne d'accélérateur par étapes en faisant des tests avant la reprise des opérations complètes prévue l'année prochaine. La première étape dans le parcours d'un proton au LHC est le Synchrotron à protons (PS), qui a été « congédié » à la mi-Juin. Plusieurs expériences qui utilisent les protons du PS prennent déjà des données, y compris pour l'ACRA, qui est un banc d'essai pour les nouvelles technologies en detection de particules . L'installation du faisceau d'ions radioactifs de longue durée ISOLDE sur le PS devrait reprendre ses activités d'ici la fin de Juillet. Pendant ce temps, deux nouvelles installations d'irradiation - IRRAD et CHARME - sont en voie d'achèvement et devraient être prêtes en Septembre.
Des protons du PS sont également tirés dans un bloc de métal pour créer des antiprotons de haute énergie, lesquels sont ensuite ralentis par le décélérateur d'antiprotons (AD). L'AD est maintenant dans la phase du processus de sa mise sous tension et devrait être pleinement opérationnel d'ici le 19 Août. L'AD fournit des antiprotons à cinq expériences. Stefan Ulmer qui travaille sur deux d'entre elles - BASE et ASACUSA – dit à Physicsworld.com que le processus de mise en service à l'AD se déroulera comme prévu. BASE est une nouvelle expérience qui vise à mesurer le moment magnétique de l'antiproton et devrait commencer sa collecte de données au début de Septembre.
Au début du mois dernier, le CERN a également commencé à alimenter le Super Synchrotron à Protons (SPS), qui accélère les protons du PS et les délivre it au LHC. Le programme de physique au SPS reprendra en Octobre et comprendra la nouvelle expérience NA62. NA62 est à la recherche d'une nouvelle physique au-delà du modèle standard de la physique des particules en essayant de faire une mesure très précise de la probabilité qu'un kaon chargé positivement se désintègre en un pion chargé positivement, plus une paire neutrino / antineutrino.
Apartir du début de 2015, le faisceau sera de retour au LHC, et au printemps 2015, le programme de physique redémarrera avec quatre expériences du LHC.
"La machine sort d'un long sommeil après avoir subi une opération chirurgicale importante», explique Frédérick Bordry, directeur des accélérateurs du CERN et de la technologie. L’objectif principal du CERN pour l'année prochaine est de lancer le LHC à 13 TeV - un niveau qui l'on espère permettra des études plus approfondies du boson de Higgs et la recherche de particules supersymétriques.
L auteur ,Ned Stafford est un journaliste scientifique basée en Allemagne. Reportage additionnel par Hamish Johnston, rédacteur en chef de physicsworld.com
Mon commentaire : je me réjouis de ce redémarrage bien que je juge très problématique qu’une quelconque particule supersymétrique y soit décelée .Le problème suivant ne sera pas trivial et consisterait pour moi à pouvoir monter jusqu ‘à 16 -17 TeV , en tous cas jusqu ‘aux 14 programmés !
Gluons get in on proton spin
Depuis un quart de siècle, les physiciens ont été confrontés à un paradoxe en ce qui concerne le spin des protons et des neutrons - le spin de leurs quarks constitutifs ne représenterait qu'une petite fraction de leur spin global. Récemment , de nouvelles recherches effectuées par des physiciens en Argentine et Allemagne ont analysé les données produites par le collisionneur à ions lourds relativistes (RHIC), qui suggèrent que le spin manquant pourrait provenir des gluons qui retiennent les quarks entre eux.
Le spin, un moment cinétique intrinsèque,c’ est une propriété à la fois des protons et des neutrons (collectivement désignés comme nucléons). Jusqu'aux années 1980, les physiciens avaient supposé que le spin-1/2 pour à la fois le neutron et le proton c’ était tout simplement la somme des spin-1/2 de leurs trois quarks constitutifs - avec deux quarks qui tournent dans le sens opposé au troisième. Mais une série d'expériences a révélé que les spins des quarks contribuent seulement à une petite fraction des spins du nucléon, donc conduisant à ce qu'on a appelé la «crise de spin". Ces expériences impliquaient des tirs de faisceaux d’ électrons ou des muons polarisés en spin sur des cibles contenant des nucléons polarisés en spin. L'idée était de comparer la déviation des particules dans le faisceau lorsque leur axe de rotation est orienté dans la même direction que le faisceau avec la déflection de l axe dans la direction opposée. Les résultats de ces expériences de diffusion ont montré qu’il n’y a pas plus d'environ 25% du spin du nucléon qui provienne des quarks constituants ; ce qui signifie que les physiciens n'ont pas pu déterminer en fait d’ où les protons et les neutrons pouvaient tirer leur spin ….
Une possibilité résidait dans les gluons qui retiennent les quarks entre eux et qui sont échangés par les quarks lors des interactions dites de force forte. Comme les expériences qui étudient la rotation des quarks ne peuvent pas mesurer les propriétés de gluons, lesquels n'interagissent pas avec la force électromagnétique, les chercheurs se sont alors tournés vers RHIC. Situé au Laboratoire national de Brookhaven près de New York, il fait entrer en collision deux faisceaux de protons - le gluon d'un proton pouvant alors interagir avec le quark dans un autre proton par la force forte.
Dans leur dernier travail, un groupe de théoriciens - Daniel de Florian, de l'Université de buenos Aires en Argentine, et ses collègues ont analysé - la valeur des données obtenues sur les collisions de la STAR RHIC et les expériences PHENIX sur plusieurs années. De Florian et ses collègues ont étudié les données recueillies jusqu’à 2009, et ont comparé ces données avec un modèle théorique qu'ils ont mis au point et qui prédit le sens du spin probable pour des gluons emportant une certaine fraction de l’ énergie dynamique impliquée dans les collisions de protons.
Les chercheurs ont découvert, contrairement à un résultat nul qu'ils avaient obtenu en utilisant moins de données il ya cinq ans, que la rotation du gluon a tendance à s'aligner sur le sens de celle des protons, plutôt que contre elle. En fait, ils estiment que les gluons pourraient fournir autant ( de spin ) que la moitié du spin ( global ) d'un proton. "C'est la première preuve qui suggère que les gluons pourraient apporter une contribution significative au spin du proton», déclare un membre de l'équipe Werner Vogelsang de l'Université de Tübingen en Allemagne, qui ajoute que, sur le plan théorique, les gluons doivent fournir la même quantité de spin aux neutrons.
Vogelsang prévient que lui et ses collègues ne peuvent pas être sûr de leur résultat, car ils n'ont pas encore analysé la contribution possible de spin des gluons à moments faibles. Cela, dit-il, nécessitera la collecte des données de collisions de haute énergie au RHIC, où les énergies de protons ont récemment été augmentées de 100 à 250 GeV, et potentiellement a partir d'une nouvelle génération collisionneurs électrons-protons de très haute énergie. Ces machines de pointe pourraient aussi permettre aux physiciens d'étudier une autre source possible de spin du nucléon –le spin-orbite , par opposition au moment angulaire des quarks et des gluons - analyse qui nécessiterait la mesure des résultats de collisions extrêmement rares.
Robert Jaffe de l'Institut de Technologie du Massachusetts aux États-Unis fait l'éloge De Florian et ses collègues pour leur "bon travail", disant que leur recherche est une "étape importante" dans la compréhension de ce qui constitue le spin d'un proton. Il ajoute que cela rend encore plus important pour les physiciens de comprendre pourquoi le modèle de trois quarks du proton fonctionne si bien dans la description des propriétés telles que celles du moment magnétique et tombe si mal dans le cas du spin .
La recherche est publiée dans Physical Review Letters. À propos de l'auteurEdwin Cartlidge is a science writer based in Rome
MON COMMENTAIRE : Pour les lecteurs qui me suivent depuis le début ,et il y en a , cet article doit leur rappeler les miens sur la « crise du spin « et les chicanes qui m’avaient opposé à un de mes lecteurs ( JJM ) .Il me faut rappeler qu’ historiquement la notion théorique de spin a été introduite par Pauli en décembre 1924 pour l'électron, afin d'expliquer un résultat expérimental qui restait incompréhensible dans le cadre d’une mécanique quantique non-relativiste : l'effet Zeeman anormal. Celui-ci a pour origine la subdivision des niveaux d'énergie observés des atomes ou des molécules quand on les plonge dans un champ magnétique. Selon les conditions, les raies spectrales se divisent en un nombre impair de composantes (l'effet « normal », ou bien en un nombre pair (et l'effet est dit « anormal »..
Mais PAULI , c’était « une Grosse Tête » mais pas un génial constructeur de manips !On l’a d’ailleurs accusé de trop penser à la psychokynèse (la faculté métapsychique d'agir directement sur la matière, par l'esprit).Ce qui lui a même valu d'être interdit d'accès au labo d'un de ses collègues, Otto Stern ! SON DELIRE QUOI …..!Bref il ne fallait surtout pas lui demander autre chose que des lignes pertinentes de maths pour mieux expliquer un résultat de labo et c’est ce qu’ il a bien fait : il a proposé la modélisation du spin en termes de matrices, ce qui correspond à une écriture en termes d'opérateurs sur la fonction d'onde intervenants dans l'équation de Schrödinger …. Pour les gens restés avec leur vision de physique de leur arrière-grand-père ,cela se traduit ensuite de façon plus imagée par des vecteurs projetés dans les différentes directions XYZ orthogonales de l'espace …. Ces vecteurs en mécanique classique, permettent de décrire le moment angulaire d'une particule et sa magnitude (vitesse de rotation de la particule), et aussi sa direction (direction de l'axe de rotation de la particule) ET POUR EUX C’EST UNE ENERGIE DE PARTICULE – MASSE QUI « TOURNICOTE » UN POINT C EST TOUT !
.Mais en mécanique quantique, le moment angulaire de spin (spin) contient ces informations, mais dans une forme bien plus futée , quoique floue ! Et si on ne s'intéresse qu'à un spin individuel, il n'est pas possible de déterminer avec précision sa direction dans l'espace (c'est en quelque sorte l'équivalent du principe d'incertitude de Heisenberg qui l’empêche )……. Pour un système prélevé dans un état quantique de spin quelconque, il n'est possible en effet de décrire les trois projections d'un moment angulaire spin sur trois axes orthogonaux que par des valeurs moyennes
MON COMMENTAIRE EST A SUIVRE
Jeu de briques
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Pacman
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