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Jacob, M. (2001). Au cœur de la matière: La physique des particules élémentaires. Paris: Éditions Odile Jacob.  
Added by: Dominique Meeùs 2012-07-30 12:52:36 Pop. 0%
      Avancer dans ce domaine fascinant exige aujourd’hui une coopération internationale. Il est nécessaire d’utiliser des appareils construits à la limite de ce que permettent les technologies actuelles, pour prolonger encore plus loin la portée de nos sens. La construction des nouveaux grands accélérateurs exige une collaboration à l’échelle d'une région du monde. Concevoir, construire et exploiter chacun des détecteurs installés sur ces accélérateurs demande la collaboration de centaines de physiciens et bientôt de plus d’un millier. Mais que de viviers intensifs, générateurs d’innovations, d’idées nouvelles, d’estime mutuelle et d’amitié, ne trouve-t-on pas dans ces collaborations qui transcendent les frontières ? En étudiant ces particules élémentaires, on apprend aussi à mieux se connaître, à mieux se comprendre et à surmonter des barrières culturelles et politiques encore trop nombreuses entre les hommes.
     Ces collaborations franches et ouvertes, ce libre échange et cette confrontation d’idées, aucune application commercialisable ne se trouvant directement en vue, sont extrêmement propices à l’éclosion de nouvelles idées et de nouvelles techniques. C’est dans ce contexte qu’est récemment né le World Wide Web, conçu et développé pour les besoins de la physique des particules. Les premiers sites Web étaient tous des laboratoires de physique des hautes énergies.
      Retenons pour l’instant que pour voir de très près, il faut frapper très fort avec des projectiles très petits. On accélère pour cela des particules sondes que l’on envoie sur les structures sondées et l’on analyse les effets observés. C’est d’ailleurs ce que nous faisons en voyant les choses. Notre œil analyse la lumière émise par une source lumineuse et renvoyée par les objets éclairés. L’énergie de ces grains de lumière est cependant bien faible (la longueur d’onde est de l’ordre d’un demi-micron) et même à l’aide d’un microscope, la résolution que l’on peut obtenir n’est que de cet ordre. On n’atteint pas la taille d’un virus qui est dix fois plus petite. Grâce aux accélérateurs, on peut communiquer des énergies énormes à ces grains de matière que sont les particules et qui se comportent aussi comme des ondes. On peut ainsi découvrir, analyser et comprendre la structure de la matière à une échelle de plus en plus fine. On approche aujourd’hui du dixième de milliardième de milliardième de mètre (10 exp − 9) alors que l’atome mesure un dixième de milliardième de mètre (10 exp − 10). On comprend aujourd’hui ce qui se passe à un niveau un milliard de fois plus petit que les dimensions de l’atome. Mais il faut pour cela des accélérateurs dont les dimensions se mesurent en kilomètres. Le plus grand du monde, le LEP du CERN, le Laboratoire européen de physique des particules, à Genève, a la forme d’un anneau de 27 km de circonférence. Pourquoi de si gros appareils pour étudier des objets si petits ? Encore une fois, il faut frapper très fort pour voir de très près et on ne peut le faire qu’avec de très gros appareils, seuls capables d’accélérer des particules de taille infime à des énergies suffisamment élevées. La physique des particules est devenue synonyme de physique des hautes énergies. Comprendre la structure de la matière, c’est donc comprendre ce qui se passe dans ces collisions entre particules de très hautes énergies.
      À ce niveau d’exploration de la structure de la matière, comme aussi dans cette recherche archéologique du début de l’Univers, il faut savoir penser en termes quantiques et relativistes. La physique prend ainsi un caractère beaucoup plus précis mais en heurtant souvent l’expérience familière. La relativité et la mécanique quantique ont été les deux grandes révolutions scientifiques du 20e siècle. Ce nouveau cadre de pensée a permis de grandes percées dans notre connaissance du monde. Nous comprenons beaucoup mieux comment il fonctionne et nous en avons tiré un grand nombre d’applications. C’est cependant une source de modestie plus que d’orgueil, car nous avons dû découvrir et accepter de nouvelles façons de penser, le monde étant beaucoup plus riche et subtil que notre imagination. Pour parler des particules, nous évoquerons ce monde quantique et relativiste. Il ne s’agit pas d’un monde propre aux particules que l’on peut être tenté d’ignorer dans la vie courante. Sans mécanique quantique, il n’y aurait ni transistors ni lasers et l’on ne pourrait pas comprendre comment l’atome, avec la structure qu’on lui connaît et qui est à la source de l’émission et de l’absorption de la lumière, peut simplement exister. La relativité, qui assigne à la vitesse de la lumière le rôle de vitesse limite, est de ce fait déjà bien présente dans de nombreux systèmes. Les accélérateurs fonctionnent conformément à ses principes et sont tous autant de preuves de sa validité, même s’il faut admettre que les valeurs mesurées pour les intervalles de temps et d’espace ne sont pas absolues, comme on le pensait, mais dépendent des vitesses relatives. Ce sont les lois de la physique qui ne dépendent pas de ces vitesses ! Elles sont universelles.
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