Les accélérateurs, l'homme et l'univers

Phu Anh Phi Nghiem

Description

L’accélérateur de particules est le grand instrument scientifique le plus répandu à travers le monde. Il est en passe de devenir l’élément stratégique clé pour tout programme de développement scientifique au niveau d’un pays. Ces dispositifs, qui permettent de comprendre le monde qui nous entoure, peuvent de surcroît être utilisés pour analyser, découper, produire, graver, fabriquer, guérir, et probablement plus encore. Ils agissent à différentes échelles s’étalant sur 14 ordres de grandeur ! Si les accélérateurs sont utilisés par les scientifiques du monde entier pour des applications concrètes diverses, l’analyse des lois physiques qui les gouvernent, et de leur imbrication, amène à une abstraction et à une réflexion plus profonde sur la place de l’homme dans l’univers – de l’infiniment petit à l’infiniment grand. Les magnifiques illustrations abstraites du livre propulsent le lecteur dans ces autres dimensions.

Les contributeurs............................................................................ 5

Préface......................................................................................... 7

Prologue : Des physiciens et des accélérateurs..................................... 15

1. Le fil conducteur..................................................................... 19

2. Les particules chargées............................................................ 25

3. Les accélérateurs de particules................................................. 31

Faire des collisions entre particules............................................. 34

Produire le rayonnement synchrotron........................................... 37

Irradier des cibles spécifiques..................................................... 41

4. La physique du faisceau de particules....................................... 47

Le faisceau de particules............................................................ 50

Accélérer… et plus si affinité..................................................... 52

5. Le champ électrique et le champ magnétique............................ 55

Définir ou ne pas définir............................................................ 57

Les effets du champ électrique et du champ magnétique................ 58

6. Produire le champ électrique et le champ magnétique............... 63

Les champs électrique et magnétique statiques............................. 65

Les champs électromagnétiques.................................................. 67

Des accélérateurs aux objets du quotidien et ceux de l’univers........ 70

7. Produire les particules chargées............................................... 75

Des activités humaines aux phénomènes de la nature.................... 78

À la source des accélérateurs...................................................... 81

8. La physique des accélérateurs.................................................. 85

Au fil de l’accélérateur............................................................... 87

La physique du faisceau de particules.......................................... 90

Les 6 physiques........................................................................ 93

Physique des accélérateurs, physique quantique, et astrophysique.... 96

9. La physique des accélérateurs et la nature humaine................... 101

Coopération et compétition........................................................ 103

Le cerveau humain.................................................................... 106

10. Les accélérateurs, la nature et la société................................. 109

Le principe de parcimonie.......................................................... 111

L’artificiel et le naturel.............................................................. 113

Le syndrome de l’effet secondaire............................................... 116

11. Les accélérateurs, l’Homme et l’Univers................................... 125

Le comment et le pourquoi........................................................ 127

La matière et l’esprit................................................................. 129

Épilogue....................................................................................... 135

Remerciements............................................................................... 137

Sujets

• Physique
• Physical attractiveness
• Science
• Accélérateur
• Physics
• Sciences et techniques

Informations

• Publié par: EDP Sciences
• Date de parution: 02 juin 2022
• Nombre de lectures: 3
• EAN13: 9782759829606
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 1 Mo

Extrait

Phu Anh Phi Nghiem
Les accélérateurs, l'homme et l'univers
Réflexions sur la Physique des accélérateurs et sur la nature de la Nature
Copyright

© EDP Sciences, Les Ulis, 2022
ISBN papier : 9782987527367 ISBN numérique : 9782759829606
Composition numérique : 2023
http://publications.edpsciences.org/
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Présentation

L’accélérateur de particules est le grand instrument scientifique le plus répandu à travers le monde. Il est en passe de devenir l’élément stratégique clé pour tout programme de développement scientifique au niveau d’un pays. Ces dispositifs, qui permettent de comprendre le monde qui nous entoure, peuvent de surcroît être utilisés pour analyser, découper, produire, graver, fabriquer, guérir, et probablement plus encore. Ils agissent à différentes échelles s’étalant sur 14 ordres de grandeur ! Si les accélérateurs sont utilisés par les scientifiques du monde entier pour des applications concrètes diverses, l’analyse des lois physiques qui les gouvernent, et de leur imbrication, amène à une abstraction et à une réflexion plus profonde sur la place de l’homme dans l’univers – de l’infiniment petit à l’infiniment grand. Les magnifiques illustrations abstraites du livre propulsent le lecteur dans ces autres dimensions.
Table des matières Les contributeurs Préface (ManuelDurand-Barthez) Prologue : Des physiciens et des accélérateurs 1. Le fil conducteur 2. Les particules chargées 3. Les accélérateurs de particules Faire des collisions entre particules Produire le rayonnement synchrotron Irradier des cibles spécifiques 4. La physique du faisceau de particules Le faisceau de particules Accélérer et plus si affinité 5. Le champ électrique et le champ magnétique Définir ou ne pas définir Les effets du champ électrique et du champ magnétique 6. Produire le champ électrique et le champ magnétique Les champs électrique et magnétique statiques Les champs électromagnétiques Des accélérateurs aux objets du quotidien et ceux de l univers 7. Produire Les particules chargées Des activités humaines aux phénomènes de la nature À la source des accélérateurs 8. La physique des accélérateurs Au fil de l accélérateur La physique du faisceau de particules Les 6 physiques Physique des accélérateurs, physique quantique, et astrophysique 9. La physique des accélérateurs et la nature humaine Coopération et compétition Le cerveau humain 10. Les accélérateurs, la nature et la société Le principe de parcimonie L artificiel et le naturel Le syndrome de l effet secondaire 11. Les accélérateurs, l Homme et l Univers Le comment et le pourquoi La matière et l esprit Épilogue Remerciements
Les contributeurs

L auteur
Phu Anh Phi NGHIEM, Docteur ès Sciences, a effectué ses travaux de recherche scientifique dans les domaines de physique des plasmas, astrophysique et physique des accélérateurs, au CNRS puis au CEA. Il a publié plus de 130 articles scientifiques dans des revues spécialisées ou des conférences internationales. Expert CEA en physique des accélérateurs, il a été responsable de la conception d accélérateurs d envergure nationale ou internationale.
Préface
Manuel DURAND-BARTHEZ, Docteur-ès-lettres en Littérature comparée et germanistique, a été formateur à l Unité régionale de formation à l information scientifique et technique (URFIST de Paris) et à l Université scientifique Paul Sabatier de Toulouse, ainsi que Conservateur rattaché à l École Nationale des Chartes.
Illustrations
Mara-Flore DUBOIS, curieuse de sciences et amoureuse de musées, est diplômée en illustration scientifique à l École Estienne et en muséologie au Museum National d Histoire Naturelle de Paris. Plus de détails sur son site marafloredubois.com
Préface

Manuel Durand-Barthez

P eut-être connaissez-vous l Acarus Ciro ? Famille des Acaridae , classe des Arachnidae , pour ne citer que les principaux éléments de la classification de ce sympathique acarien. À l époque de Blaise Pascal, on jugeait que nul animal n était plus petit. Il était considéré comme un exemple de ce qu il était donné à l homme de pouvoir observer sous une dimension réduite à l extrême.
Rappelons les termes exacts de la Pensée (n° 72 dans l éd. Brunschvicg) du mathématicien philosophe en guise d introduction anecdotique à la physique des particules.
Il se met dans la position d un homme qui « recherche dans ce qu il connaît les choses les plus délicates. Qu un ciron lui offre dans la petitesse de son corps des parties incomparablement plus petites, des jambes avec des jointures, des veines dans ses jambes, du sang dans ses veines, des humeurs dans ce sang, des gouttes dans ses humeurs, des vapeurs dans ces gouttes ; que, divisant encore ces dernières choses, il épuise ses forces en ces conceptions, et que le dernier objet où il peut arriver soit maintenant celui de notre discours ; il pensera peut-être que c est là l extrême petitesse de la nature. Je veux lui faire voir là-dedans un abîme nouveau. Je lui veux peindre non seulement l univers visible, mais l immensité qu on peut concevoir de la nature, dans l enceinte de ce raccourci d atome. Qu il y voie une infinité d univers, dont chacun a son firmament, ses planètes, sa terre, en la même proportion que le monde visible ».
N est-ce pas exactement le reflet de ce qu un scientifique contemporain tel que P. A. Phi Nghiem, chercheur au CEA, démontre à tout un chacun dans un langage d une grande limpidité où les concepts se succèdent logiquement, pas à pas, pour édifier un savoir qui s étend de données hautement techniques et chiffrées vers un ressenti quasi émotionnel de la Nature ?
Dans cette monographie sur Les Accélérateurs, l Homme et l Univers, l auteur développe ce thème en prouvant que « ce qui se conçoit bien s énonce clairement » comme l écrivait Boileau, autrement dit en déployant un talent certain de la vulgarisation de qualité, genre dans lequel excellent les Anglo-saxons mais que, curieusement, les Français, parfois bridés par un académisme désuet, sont parfois dans l incapacité d exercer.
C est souvent la comparaison de concepts ardus avec des images triviales qui servira de conducteur vers leur compréhension par le commun des lecteurs. Ainsi, d abord, pour réaliser l un des rêves de Pascal (et avant lui d autres penseurs dans l Antiquité), pour étudier la structure interne de la matière, pour étudier les constituants les plus ultimes de la matière, il faudra la « casser » comme un enfant qui brise un jouet mécanique afin d en mieux comprendre le fonctionnement. Ces constituants ultimes sont les particules et pour les « casser », il faut les faire entrer en collision par le biais d une accélération extrême. Cette accélération est difficilement concevable sur un parcours en ligne droite car celle-ci devrait avoir une fin, une extrémité. Alors le parcours sera circulaire ; les accélérateurs sont circulaires et ces appareils dont les différents modèles correspondent à des types d utilisation et de procédés différents, sont très répandus à travers le monde, en plus du matériel bien connu du CERN. Car il s agit vraiment de l outil idéal pour étudier la matière au plus profond d elle-même.
Faire comprendre son fonctionnement et ses retombées multiples sur notre quotidien passe par une série d étapes dont l auteur trace avec brio le fil conducteur. Ces étapes exprimées parfois dans un langage très scientifique, à première vue difficilement saisissable par le profane, sont articulées par le biais d images triviales qui remettent le lecteur d aplomb, en quelque sorte, lui donnent le temps d une respiration, de prendre du recul avant d aborder l étape suivante. C est tout l art de l auteur que nous pourrions illustrer d un exemple : on a vu que la configuration circulaire d un accélérateur (à l inverse d une linéaire ou ligne droite) permettait l accélération en boucle à des vitesses toujours plus grandes avec des énergies toujours croissantes. Or - et je cède à la faciliter de le citer : « une particule chargée dans une ligne courbe va nécessairement, comme dans une antenne, émettre un rayonnement électromagnétique (voir les discussions sur les lois de l électromagnétisme plus loin) et donc perdre de l énergie. Ceci est clairement un effet secondaire allant à l encontre de l objectif initial d augmentation d énergie. On a dû chercher à le minimiser en faisant faire aux particules des virages moins serrés, d où des accélérateurs circulaires de plus en plus grands ». De fil en aiguille, on aborde les notions de champs électrique et magnétique intimement liés à la particule chargée, induisant la notion combinée d électromagnétisme. Peu à peu on se rend compte qu il faut maîtriser cette force circulaire de plus en plus grande, démultipliée, en la canalisant, en la guidant. D où l une des images triviales évoquées plus haut : celle du halage, avec son cheval qui tracte le chaland, suivant un parcours parallèle mais en laissant se déployer des forces adverses. La force du cheval qui tracte avec une corde et la force maîtrisée par le gouvernail qui contrecarre en l équilibrant la traction latérale : reflet de ce qui se passe dans la boucle géante d un accélérateur.
Accélérer, produire, guider, puis focaliser, sont quatre maître-mots qui reviennent périodiquement au long du parcours parfaitement balisé.
À l horizon se profilent alors les six physiques : « de l infiniment petit de la physique quantique nous passons en effet à l infiniment grand de l astrophysique » et ces six physiques se déclinent suivant un « classement selon