Inauguration à Meyrin (Suisse) du plus grand synchrotron

5 février 1960

Photographie d’un segment extérieur de l’anneau d’accélération des particules
© Centre Européen de Recherche Nucléaire (centre de documentation)

Au sortir de la guerre, l’Europe était dévastée. Le vieux continent, berceau de la révolution scientifique, se retrouvait exsangue, et certains cerveaux, tentés par de meilleures conditions de travail, s’exilaient en Amérique. Pour endiguer le déclin, un acte politique fort consista en la création du CERN, le Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire.

 

Cet organisme supranational naît en 1954 grâce à la détermination de quelques visionnaires tant scientifiques que politiques. Le terme nucléaire apparaissant dans l’acronyme est trompeur. Il est vrai qu’à cette époque, les constituants du noyau atomique, protons et neutrons, figurent encore parmi les éléments ultimes formant la matière. En pratique, le CERN sera le laboratoire européen pour l’étude de l’infiniment petit, le domaine des particules élémentaires. À l’origine, douze états européens s’associent pour en constituer l’organisation, dont le site est choisi près de Genève. Ils sont aujourd’hui vingt.

 

Le premier but concret assigné au CERN sera la construction de l’accélérateur de particules le plus performant possible. En effet, pour sonder la matière de plus en plus profondément, une loi de la nature stipule qu’il faut la frapper avec des particules-sondes de plus en plus énergiques. C’est une conséquence du caractère quantique du monde microscopique.

 

L’exploration de l’infiniment petit, initialement aux mains d’universités réclamant chacune son propre accélérateur, demanda vite une structuration plus ample et des moyens plus conséquents. Les efforts nationaux avaient intérêt à regrouper les physiciens de la spécialité autour d’instruments très ambitieux. Le CERN s’inscrivit dans ce développement. Un nouveau style de travail se mettait en place, qui privilégiait les grosses collaborations internationales. Ce fut et c’est encore le terrain de rencontres qui dépassent toutes différences culturelles ou linguistiques.

 

L’Europe n’était pas seule à se lancer un tel défi. Les États-Unis avaient fait le même choix de construire un nouvel accélérateur à la limite de la technologie existant à l’époque, et la compétition débuta entre le CERN et le centre de Brookhaven près de New York. En fait, la rivalité fut amicale et de nombreux problèmes se résolurent grâce à une étroite collaboration. Ceci explique la similitude des machines finalement réalisées.

 

Après plusieurs années d’effort, le CERN gagna la course aux hautes énergies. Le PS (Proton Synchrotron) accéléra ses premiers protons le 24 novembre 1959, et l’inauguration officielle suivit le 5 février 1960. Niels Bohr y officia. La machine battait bien des records. Elle avait une circonférence inégalée de 628 m, distribuant bout à bout 277 aimants. L’énergie nominale de 26 GeV fut rapidement poussée jusqu’à 28,3 GeV, dépassant de beaucoup le record précédent de 10 GeV obtenu au laboratoire russe de Dubna. Un véritable géant des années 1960 entrait en opération. Avec sept mois de retard, l’accélérateur de Brookhaven, commença à fonctionner à son tour, battant de peu le record européen en atteignant l’énergie de 30 GeV.

 

À l’origine, le PS faisait partie intégrante du programme de physique du CERN. Il fournissait des protons à un grand nombre d’expériences qui cherchaient à comprendre l’inflation de nouvelles particules nées dans les bombardements de la matière par des protons accélérés. Des faisceaux variés seront engendrés pour être utilisés dans de multiples expériences pendant deux décennies. Puis, à partir des années 70, le PS servira principalement à alimenter de nouvelles machines plus performantes. Il sera utilisé comme injecteur, d’abord pour le collisionneur proton-proton ISR, resté en service de 1971 à 1984, puis pour la génération suivante de grand accélérateur, le SPS (Super Proton Synchrotron), qui démarra en 1976. Il est toujours en service, et peut atteindre l’énergie de 450 GeV avec ses 7 km de circonférence. Le PS servit ensuite d’injecteur au collisionneur électron-positron LEP de 27 km de circonférence qui accumula les données de 1989 à l’an 2000. Au fil des années, la structure fondamentale du PS resta inchangée mais de nombreuses améliorations furent apportées. Il accéléra non seulement des protons mais aussi des ions plus lourds, des électrons, des positrons et des antiprotons. Au cours du temps, l’intensité du faisceau de protons fut multipliée par mille.

 

Laboratoire unique au monde, le CERN réalise ce qu’on peut appeler la bénédiction de Babel. Une communauté se rassemble autour d’un même projet, parlant le même langage, celui de la physique. Symbole de la renaissance du vieux continent après les désastres de la guerre, le CERN peut être aujourd’hui considéré comme le laboratoire mondial de physique des particules. En effet, au-delà des états membres, il fédère également des états au statut d’observateurs avec parmi eux les États-Unis depuis 1997. En outre, le laboratoire accueille d’autres états, ni membres ni observateurs, qui participent aux programmes de recherche. Plus de la moitié des 8 000 physiciens de la spécialité vivant à la surface du globe s’y retrouve autour de quelques expériences monstrueuses, flanquant le tout nouveau collisionneur de protons, le LHC (Large Hadron Collider). Inauguré en 2008, c’est la machine la plus puissante jamais réalisée par l’homme.

 

Pourquoi poursuivre une telle quête ? Tout d’abord, on espère découvrir au LHC le boson de Higgs, la dernière particule manquant encore au palmarès et nécessaire pour « boucler » la théorie hégémonique actuelle appelée le Modèle Standard. Cet accomplissement donnera une vision cohérente du monde des constituants élémentaires. Mais on espère encore davantage découvrir les premiers signes qui indiqueront de nouvelles pistes pour baliser le chemin de cette avancée sans cesse approfondie dans l’inconnu de l’infiniment petit.

 

Ce type de recherche est d’autant plus excitant qu’un lien fort existe entre l’infiniment petit et l’infiniment grand. Explorer la matière à des énergies de plus en plus élevées revient à reproduire en laboratoire les conditions qui existaient au moment du Big Bang. Le LHC va ainsi aider à mieux comprendre le fascinant problème des premiers instants de l’univers. La recherche extrême entreprise au CERN appartient donc de plain-pied à ce domaine d’activités qui honore l’esprit humain en répondant à des questions essentielles.

 

Après cinquante ans de bons et loyaux services, le PS est toujours en opération. Pour une telle machine, c’est un record de longévité. Il reste vaillamment à la source des accélérateurs qui ont successivement fait la gloire du CERN devenu le plus grand centre de physique des particules au monde. Une campagne d’amélioration de ses performances est entreprise pour le préparer à de nouveaux défis. La gageure un peu téméraire de l’après-guerre a été relevée au-delà de toute espérance.

 

François Vannucci
professeur de physique
université de Paris VII - Denis Diderot