Le fascinant univers des particules elementaires

100 Pages·1992·121.801 MB·French

by  Collectif

ISSN 1157-4887
BIG SCIENCE : LES GRANDS PROJETS SCIENTIFIQUES DU XX^ SIÈCLE
An cœur de la matière:
LE EiSCINANT INIVERS
DES PARTICULES ELEMEVIAIRES
g
ss
PM
O)
OI
psi
2-
III
III
• Interview de Georges Charpak, • Comment l'Europea contribué
prix Nobel 92 : les retombées à la chasse aux nouvelles particules
fécondes de la physique de la fondation du CERN à
:ro
:0to0 des particules. P.92 la découverte des bosons. P. 34
• LaPhysique nucléaire en Europe • Lezoo des particules. P. 60
gvant-guerre :visite guidée d'un • La physiquefondamentale
«and iaboratoire. P. 6 se tourne vers le cosmos. P. 82
COMPRENDRE
S'ETONNER
2
R^LECHIR
UTILISER
«
Le futur au présent
Changements d'Échelle
Savoirdequoiestfaite lamatièren'estpasàpropre
duchoc,desnoyauxdelaciblesontcassésendifférentesparti
mentparleruneinterrogationnouvelleetl'idéequ'elle culesélémentaires,dontonétudielacharge,lamasse,lastabi
résulted'uneassociationd'unitésélémentairesfigure litéetd'autrescaractéristiques,àpartirdestracesqu'elleslais
chezcertainsauteursantiques.C'estd'ailleurslàl'originedu sentdansdesdétecteurs.Cecipourleprincipe.
motatome :cequ'on nepeut couper.11fallutcependantat Danslesfaits, cetypededispositifexpérimentalimpliqueun
tendreleXX®sièclepourquel'atomequittelechampdelamé importantchangementd'échelleparrapportaulaboratoireeu
taphoreetprenneuneréalitéexpérimentaleenphysique. ropéend'avant-guerrequenousdécritJeffHughesenpage6.
Danssonlivre,Lamatièrepremière^MichelCrozonraconte Pouraccélérerlesparticulesjusqu'àdesvitessessuffisantes,il
l'histoiredecettelongue successiondedécouvertes qui fautlesinjecterpuislesfairecirculeràl'intérieurd'untore,
conduisirentd'unereprésentation planétairedel'atome- des constituéd'électro-aimantsetdontlacirconférenceestdeplu
électronsgravitantautourd'unnoyau- àlamiseenévidence sieurscentainesdemètres- desdizainesdekilomètresau
d'unequantitéimpressionnantedeparticulesélémentairesdif jourd'hui.11fautensuitedirigercesparticulessurlacibleprès
férantparleurcharge,leurmasse,leurspin leurduréedevie delaquelleauraétédisposél'appareildedétection.
etleurfonctiondansl'organisationetlacohésiondelamatière. Fourchacundessous-ensemblesquilecomposent,unaccélé
On trouvera page 60 un article qui résume le modèle rateurest donc unemachine hautementcomplexedont la
aujourd'huiprévalent.Leproposdecenuméron'esttoutefois construction,lamiseaupointetl'utilisationfontappelàde
pasderaconter cettehistoire,maisd'évoquer lafaçondont nombreuxingénieursettechniciensspécialisésdansdenom
l'Europe yaparticipé- etyparticipeencore- àtraversle breusesdisciplines,depuislegénieciviljusqu'àl'électronique.
CERN(Conseileuropéenpourlarecherchenucléaire). Laphysiqueàl'aidedesaccélérateursimpliqueainsilacapa
Versletoutdébutdesannées50,quandnaîtl'idéed'ungrand cité degérer des programmes très lourds ettrès cofiteux,
laboratoireeuropéenderecherchenucléaire,lepaysagedela pointssurlesquelslesphysiciensaméricainsontaudébutdes
physiqueatomiques'organiseautourdetroispointsremar années50l'avantagesurleurscollègueseuropéens.
quables:l'auradudomaine,lavaleurd'unephysiquebaséesur Desgrandsprojetsdeguerrequ'ilsontmenésàbien,lesphysi
degrandsinstruments,lapuissancedelaphysiqueaméricaine. ciensd'outre-Atlantiqueonteneffetacquisl'expériencedesor
Faut-ildévelopperlepremierpoint?Aveclesdeuxbombesato ganisationscomplexes,leprestigesocialetlesrelationspoli
miqueslancéessurleJapon,laguerrea- defaçonbrutales'il tiquesquipermettentd'obtenir lesbudgetsnécessaires.De
enest- démontrél'équivalence delamasseetdel'énergie: fait, en1952,LawrencedisposeaulaboratoiredeBerkeleydu
plusde200000morts.Ausortirdelaguerre,toutpaysquien plusgrandaccélérateurdumonde-6GeV*-tandisqu'un
tendtenirsonrangdanslepelotondesnationsquicomptent autre,moinspuissant- 3GeV- estopérationnelàBrookhaven
sedoitdoncdefinancerla recherchesurl'atomedanstoutes surlacôteEst.Laphysiqueeuropéenneva-t-ellesetrouverex
ses dimensions, appliquées maisaussifondamentale. En cluedecetterecherchefondamentale?
France,leCommissariatàl'énergieatomiqueestcréédès1945. Caraudébutdesannées50,exceptionfaitedelaGrande-Bre
Deuxièmepoint:lesgrandsinstruments.Dèslesannées30,La tagne,aucunpaysd'Europenedisposenid'ungrandaccéléra
wrenceenadémontrél'intérêtaveclecyclotron^deBerkeley. teur,nimêmedesmoyensd'enconstruireunàluiseul.Pour
Après-guerre, nuloupresquen'endouteplus.Le"presque", quelaphysiqueeuropéennerestedanslacourse,laseulepos
qu'ilsenommeBohrouGlazer,peut,ilestvrai,êtredetaille.La sibilitéestdoncdesegrouper.Maisilfautenconvaincreles
justificationdecesgrandsinstruments,enl'occurrencedesac gouvernements,tâchedifficileàlaquellevas'attelerunepoi
célérateurs departicules,s'enracinepourtantdanslanature gnéedeFrançais,d'ItaliensetdeBelges,prochesduMouve
mêmedesobjetsqu'onchercheàcomprendre. menteuropéen.Cesonteuxquiserontàl'origineduCERNdont
Pourétudierlesparticulesélémentairesquiformentlamatière lepremiergrandaccélérateurserainauguréen1959.D'autres
àsonéchellelaplusfine, onnedisposequededeuxmoyens. suivronten1971,1977et1989.
Lepremier:installerleplushautpossible- ausommetdemon LesprixNobel,eux,viendrontplustard.1984:CarloRubbiaet
tagnes, dans des ballons-sondes, voiredans desavions- des SimonVanderMeerlerecevrontpourleurdécouvertedesbo-
dispositifsdedétectiondesrayonscosmiques;onétudiealors sons;1992:GeorgesCharpakenserarécompensépoursestra
leurtracedirecteoucellesdeparticulesquiontpunaîtrede vauxsurlesdétecteurs.
leurschocssurdesnoyauxatomiquesoudesprotonsprésents Pourquoisitard?C'estquedisposerdel'instrumentadéquat
danslesdétecteurs;ceque,danssonlivre,MichelCrozonassi etsansaucundoutedescompétencesthéoriquesnesuffisait
mileàuneactivitédecueillette. pas;ilfallutaussiapprendreà"faire"delaBigSciencedans
Deuxièmemoyen:créer,dans desconditions contrôlées, des toutessesdimensions,cequipritdutemps. JPI
chocsentreparticulesetregardercequisepasse.C'estlàle
principedesaccélérateurs:unfaisceaudeparticuleschargées, 1.AuSeuil,1987.
2.Nombrequantiquequicaractériselemomentcinétiqueintrinsèqued'uneparticule.
protonsouélectrons,accéléréesjusqu'àdesvitessesproches
3.L'ancêtredesaccélérateursdeparticules.
delavitessedelalumière,vientbombarderuneciblefixe.Lors 4.Giga.électron-Volt:voirnotep.18.
Changements d'Échelle
ET AVAMT
Les Premiers Casseurs d'Atomes
Par Jeffrey Hugues
Chargé de recherche en histoire des sciences,
Collège Corpus Christi,
Université de Cambridge, Angleterre
LES ACTEURS
QUI Fit Le Cern ? 16
Par Dominique Pestre
Directeur du Centre de recherche en histoire
DESSCIENCES ETDES TECHNIQUES, CNRS
ETCité des sciences et de l'industrie, Paris
L'Air Du Temps 29
PAR Emmanuel Chadeau
Professeur d'histoire contemporaine à Lille III
%
ET BÉATRICE EYMARD-DUVERNAY
L'HISTOIRE
DEUX PRIX NOBELTRENTE ANS APRÈS 34
Par Dominique Pestre
ET John Krige
Professeur à l'Institut universitaire européen,
Florence, Italie
REVUE DE PRESSE 59
LE ZOO DES PARTICULES 60
Par Gérard Chevalier
LES LEÇOMS
DE L'HISTOIRE
PLUS LA MACHINE EST GRANDE,
MIEUX C'EST 68
PAR DOMINIQUE PESTRE
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ETUDES:ROGERGOLDBERGER,DIRECTEUR
MARKETINGETCOMMERCIALADJOINT:JEAN-
CHARLESGUERAULT
COMITEDEREDACTION:PHILIPPECOUSIN,
JEANOHOMBRES,BRUNOLATOUR,
MICHELSERRES,DOMINIQUEPESTRE.
.REDACTION:JEAN-PIERREICIKOVICS
JLegrandanneauàprotonsduCERN (Conseileuropéenpourla recherche ilREDACTEURENCHEF),NICOLASJOURNET
nucléaire), inauguréen mai1977, aproduitlaplus brillantedécouvertedes IREDACTEURENCHEFADJOINT),NAJAT
années80enphysiquedesparticules:celle des basons WetZ. NEHME(SECRETAIREDEREDACTION),ALINE
HOUILLON(SECRETAIRE),BEATRICE
EYMARD-DUVERNAY(ICONOGRAPHE),
ïJEANWITTA(CONCEPTIONGRAPHIQUE),
DENISMALARTRÊ(MAQUETTISTE),
LE POUVOIR Du CERN 76 fiMQNIQUEVOGT(SERVICELECTEURS).
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Retour Vers Le Cosmos 82
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Interview de Georges Charpak ;EXCELSIOR-PUBLICITE,INTERDECO27,
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Par Gérard Chevalier
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S7284DU 15 DECEMBRE 1975 PHOTOGRAVURE:
De Science & Vie En 1993 96 FLASHIMAGE(cid:127) IMPRESSION:IMPRIMERIE DEMASSY
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En 1930, LA PHYSIQUE AVAIT DÉCRIT QUELQUES
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DELABORATOIRE-JUSQU'ALORSCQNFINÉSÀL'ÉTU-
DE DE LA RADIOACTIVITÉ - PERMIRENT UNE PREMIÈ
RE APPROCHE. UNE FOIS ÉPUISÉES LES RARES OCCA
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-K'i. " - •(cid:127)(cid:127) 4 -Vr-i,' 1933, lelaboratoire
d'Ernest Rutherford à
\i ' , .< ',.(cid:127),( Cambridge. C'estsur
"âS ces établis que plu-
sieurs découvertes
fondatrices de la
l"'i physique nucléaire
\
W fisfa'Il ifii-r
DE L'ATOME AU NOYAU, DU NOYAU AUX
PARTICULES, LA PHYSIQUE DE CE SIÈCLE
Jusqu'à la fin du AEFFECTUÉ UNE ABRUPTE PLONGÉE VERS
L'INFINIMENT PETIT. SES INSTRUMENTS
ONT, EUX, CONNU LA PROGRESSION IN lysée. EnAngleterre, Ru
XIX®siècle, l'ato VERSE : DE PLUTÔT PETITS, ILS SONT DE therford quittaitManches
me était consi terpourCambridgeetlela
VENUS GÉANTS. C'EST AU COURS DES AN
déré-du moins boratoireCavendish. 11y
parceuxquiadmettaientson NÉES TRENTE QUE DE NOUVEAUX MOYENS inauguraitunprogramme
existence- commel'élément TECHNIQUES ONT FAIT ÉCLATER LES MURS entièrement nouveau
ultimedela matière.On ne d'étudessurlastructure
DES LABORATOIRES DE PHYSIQUE.
commença à soupçonner profonde de l'atome. En
qu'ilpouvaitsedécomposer PARJEFFREY Huches 1911,en effet,Rutherford
en particules plus petites avait suggéré l'idée que
qu'en 1897,avec ladécou l'atomedevaitcomprendre
vertedel'électron par Jo unepartiecentralechargée
sephThomson.LadécouvertedeThom- danslaradioactivité.FrederickSoddyà positivement- unnoyau- etentouréeà
son arrivait àune époquede grands Glasgow,etWilliamRamsayàLondres, distanceparunechargecomplémentaire
chambardementsenphysiqueetenchi travaillaientaussisurlesujetetluttaient enélectrons.C'étaitlemodèleplanétaire
mie.Rôntgenvenaitdedécouvrir les aucoudeàcoudeavecluipours'appro del'atome,aujourd'huibienconnu.Pen
rayonsXetBecquerel lemystérieux visionnerenradium. Malgrélafondation dant laguerre, Rutherfordavaitpour
rayonnementdel'uranium.En1898,Ma récenteàViennedel'Institut Stéphane suivitantbien que malses travaux.11
rieCurielenommait radioactivité,puis Meyer,créédanslebutexpressd'exploi avaitentreautres utilisédesparticules
isolaitleradiumetlepoloniumradioac terles minérauxradioactifsdesminesde alphaaccéléréespourbombarder des
tifs.Uncontinentnouveaus'ouvraitaux JoachimsthalenTchécoslovaquie,leLa atomesd'azote.Ilespérait ainsiétudier
physiciens:restaitàl'explorer. boratoireCuriedePariscontinuaitde lesforcesélectriques agissantaucœur
Leradiumétait, àl'époque, unemar monopoliserlafournitureduradiumen de l'atome.Or,ses résultatsmontraient
chandiseextrêmementrare. Pierreet Europe.ABerlin,l'équiped'OttoHahnet qu'ildevaitêtrepossibled'arracherun
MarieCuriefurent même,pendantun deLiseMeitnerà l'InstitutKaiserWil- atomed'hydrogèneàunnoyaud'azote,
temps,lesseulsàenfournir. Maislesex helms'intéressaitaussià la radioacti lequelsemblaitpouvoirsedésintégrer.
périencesn'exigeaientquedetrès pe vité. Lenoyaudel'atomed'azotesemblait
tites quantités de ce métal, desorte Chacundeceslaboratoiresavaitson ainsiconstituédeplusieursnoyauxd'hy
qu'uncertainnombredechimistesetde stylepropre,maisdenombreusestech drogènes, ouprotons,commeRuther
physiciensdanslemondepurentpartici niquesétaientcommunes:radium,élec- ford les nommaen 1920.11s'ensuivait
per àla naissance de cette nouvelle troscopes,électromètres,manipulations quelenoyaudel'atomedevaitavoirune
science, quicomprenaitdeuxgrandes chimiques et physiquethéorique. En structureinterne.11nerestaitplus aux
voiesderecherche. Lapremièreconsis 1913,lenombredeschercheursengagés chercheursqu'às'emparerdusujetpour
taitàétudierles rayons eux-mêmes, sérieusementdansledomainenedépas faire naître ce que l'on nomme
ceuxquel'onconnaîtaujourd'huisousle saitpascinquantepersonnesdans le aujourd'huilaphysiquedesparticules.
nomdealpha, bêta etgamma.L'autre monde.Tousseconnaissaientperson Lemodèledel'expériencen'a,enfait,
voie - celle dont nous allons parler- nellement,oupresque,pours'êtreren pratiquementpaschangédepuisRuther
consistaitàutiliser cesrayons comme contrésdans lesmêmescongrès:par ford:ondisposeuneciblequel'onbom
outilspourexplorerlamatièredansses exemple, celui de 1910,consacréàla bardeavec des particulesarrachéesà
structureslesplusfines. "standardisation"duradium. Maiscette unesource, et cesontles produitsde
Les recherchessurla radioactivitéde courtoisecompétitioninternationaleal l'interaction- lacollision- qui,unefois
vinrentdonc de plus enplus spéciali laitêtre bouleverséepar leconflit qui détectésetanalysés,fournissentunein
sées. Desquantitéscroissantes dera s'abattitsurl'Europeen1914. formationsurlastructuredelacible.
dium devenaient nécessaires pour Al'époquedeRutherford, lesprojec
avanceroupourcontrôler lesrésultats LES RACINES DELA tiles,nousl'avonsvu,étaientdesparti
obtenusparlesautres.Auxalentoursde PHYSIQUE DESPARTICULES culesalphaprovenant demétauxnatu
1910,seulsquatreàcinqcentresdansle Quatreansplustard,lemondedevait rellementradioactifs.Lesciblesétaient
monde possédaientassezde radium affronterlesconséquencesdévastatrices desatomesd'éléments légers,comme
pourêtreàlapointedelarecherche.En delaguerre. EnAllemagnevaincue, il l'azote,l'oxygèneoul'aluminium,dont
Angleterre,ErnestRutherford,élèvede étaitdevenuquasimentimpossibledese lesnoyauxpassaientpourassezsimples.
Thomson,dirigeaitàManchesterlaplus procurerunepublicationscientifiqueré Lesproduits dedésintégrationétaient,
importante équipeanglaisespécialisée cente.Larechercheyétaitpresquepara audébutdes années20,détectéset ob-
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