CENTRE EUROPÉEN POUR LA RECHERCHE NUCLÉAIRE

Une visite absolument passionnante axée sur la communication et la recherche expliquée au grand public. Une visite incontournable.

La visite de ce site est exceptionnelle, à ne rater sous aucun prétexte. Le domaine de la physique nucléaire est passionnant, et mérite d'être découvert par les néophytes – point n'est besoin d'être un chercheur spécialisé en physique des particules pour venir ici !

Le Centre européen pour la recherche nucléaire (CERN), de renommée mondiale, a mis en place d'excellentes expositions, remarquables sur le plan pédagogique, afin de vulgariser et de mettre au niveau de tous la nature des recherches que l'on y conduit. Quelle est l'origine de l'Univers ? Quelle est son évolution ? Fondé en 1954, le centre compte aujourd'hui vingt-trois États membres qui œuvrent pour tenter de répondre à ces questions fondamentales. C'est l'un des plus grands laboratoires scientifiques du monde. Les outils particuliers utilisés sont des accélérateurs et des détecteurs de particules. Notamment le Grand collisionneur d'hadrons (LHC), le plus puissant accélérateur jamais construit. Représentant un cercle de 27 kilomètres de long à cheval sur la frontière franco-suisse, vous ne pourrez le voir car il est situé à 100 mètres sous terre. Il constitue un outil unique pour des scientifiques de plus de 100 pays. Le LHC va révolutionner notre compréhension du monde, de l'infiniment petit, à l'intérieur des atomes, à l'infiniment grand de l'Univers.

« Chercher et répondre aux énigmes de l'univers. » Le CERN présente ainsi ses travaux et ses objectifs. Quel défi absolument passionnant ! Qu'est-ce que l’Univers ? Comment a-t-il été créé ? De quoi est-il composé ? Que s'est-il passé après le big bang ? Pourquoi ? C'est la question fondamentale, sans cesse renouvelée au fil de l'histoire de l'humanité : comment ? Essayer de comprendre… C'est inscrit dans son ADN ; en cherchant sans cesse des réponses, l’humanité a évolué, et continuera à le faire. La curiosité est le moteur fondamental du progrès et de l'évolution de l'homme. Dans ce but, une visite au CERN ajoutera une autre dimension à votre séjour genevois. Le site est unique, la visite passionnante. Ce laboratoire, le plus grand et le plus prestigieux au monde, est dédié à la physique fondamentale.

Pensez à la force du projet : des scientifiques du monde entier, avec l'aval de leur gouvernement, s'associent pour travailler sur un même objectif : comprendre l'univers. Ici, point de tensions ou de rivalités d'ordre politique ou géopolitique. Pas de hiérarchie non plus dans ces travaux communs, chaque physicien, chaque technicien, membre au sein du CERN à tous niveaux est libre de consulter qui bon lui semble. Un scientifique basé à Genève ou à l'autre bout du monde peut apporter sa contribution, sa pierre dans l’édification de ces recherches grandioses.

Vingt-trois pays sont membres du CERN, mais des scientifiques de toutes les nationalités travaillent en permanence sur ces questions. Le plus puissant accélérateur de particules au monde (LHC) est d'ailleurs le résultat exceptionnel du travail commun de ces scientifiques internationaux. Plus de dix ans ont été nécessaires pour sa conception et son fonctionnement. Grâce à lui, les physiciens peuvent étudier les plus petites particules connues, les composantes de la matière et les forces les reliant. On passe ainsi de l'infiniment petit, à l'intérieur des atomes, à l'infiniment grand de l'Univers.

Le grand collisionneur de hadrons (Large Hadron Collider) – LHC – permet d'avancer les recherches en physique des particules. Comment ? Installé à 100 m de profondeur et d'une circonférence de 27 km, le grand collisionneur de hadrons est constitué d'anneaux supraconducteurs et de structures accélératrices augmentant l'énergie des particules circulant à l’intérieur. On fait circuler deux faisceaux de protons et d'ions ; ce sont des particules appartenant à la famille des hadrons. Ces faisceaux circulent en sens inverse à une énergie très élevée et une vitesse proche de la lumière avant de faire rentrer en collision les particules. Les faisceaux sont installés dans des tubes sous ultravide. Le long de l'anneau de l'accélérateur, un champ magnétique très puissant les guide, maintenu par des aimants supraconducteurs maintenus à une température très basse, - 271,3 °C – on appelle ça la cryogénie. Grâce à ces températures, les aimants n'offrent dès lors plus aucune force à la résistance électrique. On appelle ce phénomène la supraconductivité. Un système d’hélium liquide, relié au LHC, permet de refroidir ces aimants. Le centre de contrôle déclenche ces collisions au centre des quatre détecteurs de particules : Atlas, Alice, CMS et LHCb. Les sous-détecteurs enregistrent le passage de chaque particule, les informations sur les collisions sont appelées des événements. Lors de ces collisions, de nouvelles particules sont formées, identifiées (vitesse, marche et charge permettent de les visualiser) et enregistrées. Les données produites par ces interactions sont triées par un système informatique extrêmement performant. Celui-ci enregistre ou met de côté ces données, selon leur intérêt. On stocke, puis on analyse ensuite l'énorme masse de données. Que se passe-t-il quand ces particules rentrent en collision ? Les réponses à ces questions, à travers les analyses des résultats, permettent de mieux comprendre les lois de la nature. Le processus est passionnant.

Juillet 2012 : une date à retenir dans l'histoire scientifique. Le LHC a permis de faire une découverte fondamentale : celle du boson de Higgs. L’existence de cette particule était jusqu'alors une théorie, élaborée par le physicien au nom éponyme. Elle était envisagée comme le Graal des physiciens, « la particule de Dieu ». Le LHC a confirmé son existence. Cette nouvelle particule constitue la structure fondamentale de la matière. Sans elle, les particules ne se rencontreraient pas, ne formeraient ni protons, ni neutrons. Alliés aux électrons, ils forment la matière. Elle donne ainsi une masse à toutes les autres particules de l’Univers ; elle permet de comprendre le monde environnant, dans le cas des particules élémentaires. Le boson de Higgs est associé au champ de Higgs, qui est sa manifestation visible. Le champ de Higgs attribue une masse à toutes les particules interagissant avec lui.

Le grand collisionneur de hadrons à haute luminosité est « une Ferrari en comparaison de la Fiat actuelle » en termes de puissances. La luminosité permettra de rendre l'accélérateur de particules encore plus performant. Elle permet à ce dernier encore plus de collisions. Les expériences collecteront encore plus de données, de mieux étudier le fameux boson de Higgs et d’observer des phénomènes rares. De futures découvertes en perspective ! Le LHC sera opérationnel à partir de 2029.

Des technologies poussées toujours plus loin. Des études de faisabilité techniques et financières sont actuellement conduites en vue de la mise en place du futur collisionneur circulaire (FCC). Celui-ci représentera la prochaine génération de collisionneur de particules haute performance. Si les études sont validées, le FCC devrait céder la place au LHC autour de 2040-2045. Ce projet reste à confirmer. Le FCC aurait alors une circonférence de 100 km de long. Celui-ci continuera à recréer les conditions identiques à celles survenues après le big bang à l'origine de l’Univers. Ces interactions de particules aideront à mieux comprendre comment l’Univers s’est formé. Avec une puissance dix fois supérieure à celle du LHC, dix ou cent milliards de collisions par seconde au lieu du milliard par seconde actuel, le Future Circular Collider (FCC) permettra d’étudier de manière encore plus performante les interactions de la particule du boson de Higgs avec les autres. Ce sont ces interactions qui détiennent la clé du mystère des lois fondamentales de l’Univers et de sa formation. Son objectif sera donc de « repousser les frontières de l'énergie et de l'intensité des collisionneurs de particules [… ] dans la perspective de la recherche d'une nouvelle physique ».

Innovation et société : vive la physique des particules ! Transférer les connaissances. Les découvertes scientifiques et de nouvelles technologies faites au CERN ont un impact particulièrement important sur la société et sur la vie quotidienne. L'idée est de développer des technologies applicables à d'autres domaines que la haute énergie seule. De nos jours, de nombreux accélérateurs de particules dans le monde ont des applications dans la société.

Ainsi, l'échange des informations entre scientifiques a permis de mettre au point l'incontournable World Wide Web (WWW), mais aussi la grille de calcul regroupant la puissance de calcul des ordinateurs autour du monde. Ces nouvelles technologies permettent des progrès énormes dans la médecine nucléaire, notamment dans la radiothérapie. Les techniques de détection électronique des particules ont nettement amélioré les diagnostics médicaux. Des détecteurs sont utilisés en radiologie et des cristaux – mis au point pour les expériences du CERN à l'origine – sont intégrés dans les scanners. Ainsi, en 2025, le dispositif « Flash » permettra de traiter des cancers résistant au traitement classique en utilisant des électrons à très haute énergie. Le savoir-faire de l'organisation a permis de grandes avancées également en informatique, dans l'intelligence artificielle, l'électronique à l'échelle industrielle ou le secteur environnemental. Il a aussi un apport dans l'aérospatiale. En effet, les missions dans l'espace sont soumises à des conditions extrêmes, comme les accélérateurs et les détecteurs en souterrain également sujets à des contraintes technologiques similaires. En aéronautique, le CERN a récemment conclu un accord avec Airbus pour la mise au point d'un futur avion à hydrogène grâce à des technologies supraconductrices. Enfin, le satellite Celesta, premier-né d'un projet géré par le CERN récemment mis en orbite, a pour mission d'étudier l'impact des rayonnements cosmiques sur l'électronique.

Ces recherches peuvent également aider à préserver le patrimoine culturel en permettant d'améliorer les techniques de restauration, enfin de développer l'automatisation et les techniques numériques.

Vous n'avez pas de culture scientifique ? Peu importe. Des visites guidées gratuites d’une heure sont également organisées incluant la présentation du Synchrocyclotron (premier accélérateur de particules en fonction de 1957 à 1990) et le centre de visiteurs Atlas. À l'heure de la rédaction, il est impératif de s'inscrire sur place le jour même à la réception du CERN deux heures en avance. Venez ensuite en avance de 15 minutes avant le début de la visite, impérativement muni de votre passeport. Pas d'inscription en ligne. Vous serez intégré à un groupe parlant la même langue.

Si le LHC n'est pas en activité, vous pouvez prendre rendez-vous pour descendre sous terre visiter un des quatre détecteurs de particules comme Atlas ou CMS, Alice ou LHCb. La visite guidée (réservation obligatoire, anticipez très à l'avance) est conduite par un physicien ou un technicien du CERN travaillant sur place. La visite est exceptionnelle, à ne rater sous aucun prétexte, c'est vraiment passionnant. Le LHC sera stoppé pour entretien de 2026 à 2029, période à laquelle les visites des détecteurs de particules seront autorisées. Sinon, il est stoppé tous les trois mois pour des travaux d'entretien, renseignez-vous lors de votre passage à Genève pour connaître les possibilités de visite underground. En novembre 2022, selon le « rituel », le complexe des accélérateurs a momentanément été stoppé.

À voir absolument (ouverture prévue octobre 2023) : le Portail de la science au CERN. Étudier l'univers est fascinant, encore faut-il se mettre à la portée du grand public. Dans cet objectif, un nouveau site au ouvrira officiellement ses portes en 2023. Ces nouveaux bâtiments sont conçus et mis en place par l'architecte Renzo Piano, dont la réputation n'est plus à faire. L'objectif de ce nouveau site sera de continuer à mettre la science – en l'occurrence la physique des particules – à la portée du grand public. Nous l'avions déjà vu en parcourant les expositions existantes, le CERN met l'accent sur une pédagogie d'une grande qualité. C’est le contraire d'un jargon ou de formules indigestes s'adressant à un petit cercle d'initiés. Trois nouveaux bâtiments, dont deux circulaires, à l'image du LHC, abriteront des expositions gratuites destinées au grand public pour l'aider à comprendre par l'expérience, éveiller sa curiosité surtout, puis éduquer, permettre aux visiteurs de comprendre les sciences qui ont un impact quotidien sur eux, et donner naissance à des vocations par la pratique. La pratique vaut toujours bien mieux que la théorie. On ne comprend jamais mieux qu'en faisant ses propres expériences sur le terrain. C’est l'idée de base de ces nouvelles expositions : rendre la science accessible en commençant par les plus jeunes, dès la tranche d’âge 5-8 ans, et donner naissance à des vocations aux futurs scientifiques en herbe.

« Ce sera une une passerelle au sens figuré comme au sens propre du terme, et un bâtiment alimenté par l'énergie du soleil au cœur d'une forêt nouvelle [… ], un lieu où les gens vont se rencontrer, enfants et adultes, toutes les personnes intéressées par l'exploration de l’Univers », comme le déclare l'architecte Renzo Piano.

Des tubes « suspendus dans l'espace symbolisent les technologies de pointe permettant de mieux comprendre les origines de l’Univers, et la passerelle, quant à elle, représentera le monde indissoluble entre la science et la société ».

Trois nouvelles expositions vont voir le jour.

Dans « Découvrir le CERN », on présentera les accélérateurs, les détecteurs des particules et l'informatique, ainsi vous pourrez mieux comprendre le type de recherches faites au CERN et les nouvelles technologies. Comme la visite des accélérateurs sur terre n'est destinée qu'à un petit nombre de visiteurs, cette présentation vous permettra de comprendre comment le LHC fonctionne, et surtout de visualiser à quoi il ressemble. Un mini-accélérateur de protons sera même installé dans un des tubes. Vous pourrez ainsi voir le faisceau de l'accélérateur et faire vos expériences. Rien de mieux pour comprendre comment fonctionne l'accélérateur de particules.

L'exposition « Notre Univers » est passionnante, et plus encore quand on a l'impression d'y être plongé en direct. Vous remonterez le temps jusqu'au big bang par l'étude de l'infiniment petit et de l'infiniment grand (structure et élaboration de l’Univers). Des œuvres d'art essaieront d'aider le visiteur à visualiser le futur ou encore les complexités de l’Univers.

« Le monde quantique » proposera le monde vu à l'échelle des particules élémentaires, les plus petites. C'est l'histoire du fameux chat de Schrödinger, physicien qui, en 1935, élabora sa théorie, dans sa boîte, sur ce qui est à la fois mort et vivant. En plus clair, c'est une science cherchant à expliquer le comportement des atomes et des particules, donc de la matière à l'échelle atomique, et de comprendre le rayonnement électromagnétique.

Des laboratoires éducatifs ouvriront leurs portes pour accueillir écoles et familles, permettant aux particuliers et aux élèves de faire leurs propres expériences, avec l'aide des scientifiques du CERN qui animeront des ateliers ou feront des visites guidées. Un amphithéâtre modulable est prévu pour des conférences pour scientifiques, écoles et grand public, et pour des expositions temporaires.

L'ensemble sera au cœur d'une nouveau parc, où tous pourront se promener librement. Un restaurant et une boutique seront également ouverts au public.

Vous l'aurez compris, c'est une visite passionnante à faire. On reviendra au CERN faire d'autres expériences, toujours sous la houlette des scientifiques bénévoles pour comprendre d'autres aspects de la physique des particules, découvrir, se passionner, apprendre, encore, et toujours. C'est donc un très beau projet pour motiver les jeunes à s'investir dans le domaine des sciences et des technologies, en mettant l’accent sur la communication et l’éducation destinée au grand public.