Question de Dorothea Vom Bruch... Pourquoi veut-on observer des millions de collisions de particules par seconde ? Et comment peut-on traiter les volumes de données produites qui sont plus vastes que ceux de Facebook ?

Dorothea VOM BRUCH, chercheuse CNRS, vous répond :

Dans la recherche fondamentale, il existe plusieurs mystères que nous ne comprenons pas encore. Un exemple – cité précédemment par Justine Serrano – est le fait qu’il y a plus de matière que d’antimatière dans l’Univers, mais on ne connait pas l’origine de cette asymétrie. Les chercheurs et chercheuses sont donc à la recherche d’un mécanisme qui est à la base de cette asymétrie. Un tel mécanisme peut se manifester dans des interactions de particules fondamentales, comme les protons es les électrons. C’est pourquoi des machines sont construites pour faire collisionner des millions de particules par seconde et des expériences enregistrent les informations sur ces collisions. Ces données permettent de mesurer avec une très haute précision les interactions entre les particules et permettent peut-être de découvrir le mécanisme de l’asymétrie de la matière. Je mène des recherches dans le cadre de l’expérience LHCb qui se trouve auprès du plus grand collisionneur de particules au monde : le LHC (Large Hadron Collider) au CERN. A partir de 2022, le taux de données pour LHCb sera de 5 terabytes (10-12 bytes) par seconde. Cela représente plus de données à traiter que le volume de données de Facebook ! Il faut les analyser en temps réel parce que le volume de données est trop grand pour tout enregistrer ! Cette analyse en temps réel constitue un grand défi en termes de calculs. Il faut donc utiliser des équipements informatiques modernes, faisant appel à des architectures hybrides, et choisir le matériel informatique le plus adapté à cette tâche. Il s’avère que les cartes graphiques, donc les mêmes cartes que vous utilisez pour vos jeux vidéo, se prêtent bien aux calculs pour reconstruire les trajectoires de particules. Ainsi, dès 2022, des centaines de cartes graphiques vont être utilisées pour analyser les données de LHCb.

Des casques anti-bruit sont indispensables !
Des casques anti-bruit sont indispensables !

Dernière modification: 23 févr. 2021 à 09:40:20

Question de Justine Serrano... Pourquoi étudier l’antimatière ?

Justine Serrano, chercheuse au CNRS, vous répond :

L’antimatière n’a rien de spécial en soit, elle apparait comme une image symétrique de la matière. Mais au début de l'Univers, il y avait autant d’antimatière que de matière, et on cherche aujourd'hui à comprendre pourquoi l’antimatière a disparu!

Plus précisément, l’antimatière possède une caractéristique spectaculaire, celle de s’annihiler avec la matière dès qu’elle la rencontre. Si certains auteurs de science fiction en font une source d’énergie ou une arme, la réalité est bien différente : l’antimatière est extrêmement couteuse à produire et quasiment impossible à stoker. Mais quelle est sa vraie nature et pourquoi est-elle si rare?

L’antimatière apparait en fait comme une image symétrique de la matière. Nous savons aujourd’hui que les briques élémentaires qui composent la matière sont au nombre de 12 : 6 quarks et 6 leptons qui sont réparties en trois familles. Aux briques de matière s’ajoutent les particules médiatrices des quatre interactions fondamentales : l’interaction faible responsable de la radioactivité, l’interaction forte qui lie les quarks entre eux, l’interaction électromagnétique et la gravitation. A chacun de ces constituants élémentaires correspond une antiparticule qui a la même masse mais des charges opposées : charge électrique mais aussi charge leptonique (+1 pour les leptons et -1 pour les antileptons) par exemple. Certaines particules neutres peuvent également être leur propre antiparticule, c’est le cas du photon, médiateur de l’interaction électromagnétique.

L’antimatière n’a rien de spécial en soit, notre monde aurait bien pu aussi être fait d’antimatière. Mais alors pourquoi est-il constitué seulement de matière ? En effet, nous n’avons à ce jour pas observé d’anti-planète ou d’anti-galaxie dans l’univers... Il y a deux hypothèses pour répondre à cette question : soit les quantités de matière et d’antimatière n’étaient pas égales dès le début de l’univers, soit une asymétrie est apparue au cours de son évolution. La première hypothèse n’est pas très satisfaisante à la fois d’un point de vue philosophique car il faudrait une infime différence, ce qui nécessiterait un ajustement très fin des conditions initiales, mais aussi d’un point de vue cosmologique car elle n’est pas compatible avec la phase d’inflation de l’univers, ce court instant pendant lequel il a gonflé exponentiellement. Dans la seconde hypothèse, le Big Bang a créé autant de matière que d’antimatière. L’ensemble aurait dû s’annihiler mais une infime quantité de matière a survécu puisque nous sommes là ! Un processus est donc apparu qui a fait que la matière a pris le pas sur l’antimatière au tout début de l’Univers. C’est ce processus que nous essayons de comprendre grâce aux accélérateurs de particules, qui peuvent produire des particules de matière et d’antimatière. En comparant la façon dont ces particules se désintègrent nous espérons résoudre le mystère de la disparition de l’antimatière.

Justine Serrano
Détecteur Belle II - Crédit photo : Collaboration Belle II
Dernière modification: 23 févr. 2021 à 13:25:12

Question de Gaia Verna... Pourquoi j'ai choisi un cursus scientifique et une thèse en physique des astroparticules et astrophysique gamma ?

Gaia Verna, doctorante dans l'équipe Photons, vous répond :

Pour commencer à entreprendre un programme d'études, il est important d'avoir une grande motivation et détermination.

La source d'inspiration doit être ses propres passions personnelles mais aussi les expériences d'autrui qui ont déjà emprunté le chemin que nous aimerions entreprendre.

Pour vous donner un exemple, je vais vous raconter l'histoire de l'astrophysicienne britannique, Jocelyn Bell.

Elle est née dans les années '40 et à l'école, elle, comme les autres filles, n'était pas autorisée à étudier les sciences jusqu'à ce que ses parents (et d'autres) protestent contre la politique de l'école.

Auparavant, le programme des filles comprenait des matières telles que la cuisine et le point de croix plutôt que la science. Dans les années 60, elle est marquée par un professeur à qui elle attribue une grande partie de sa vocation pour la physique. En 1964, pendant son doctorat en radioastronomie, elle remarque un signal différent des signaux radioastronomiques connus : elle avait découvert la première source "pulsar" (PSR B1919+21) et pour cette découverte son directeur de thèse, Antony Hewish, obtient le prix Nobel en 1974. Elle n'était pas l'un des récipiendaires du prix. Sa carrière scientifique a été en tout cas brillante et il a depuis reçu de nombreux autres prix. En 2018, elle a remporté un prix de 3 millions de dollars et les a fait don pour constituer un fonds de bourses d'études afin d'encourager la recherche étendue en physique, avec une attention particulière aux femmes.

Son histoire m'a vraiment "accrochée" car Jocelyn a connu de nombreuses difficultés avant que ses efforts et son travail soient reconnus.

Elle a déclaré qu'elle souffrait souvent du "syndrome de l'imposteur" : se sentant inadaptée à un secteur fortement masculin. Cependant, elle a continué son chemin en essayant de ne pas s'effondrer et en apprenant à défendre ses idées.

Sa motivation doit être un exemple pour nous toutes, femmes scientifiques... et pour les futures femmes scientifiques !

Gaia Verna
Gaia Verna

Dernière modification: 19 févr. 2021 à 15:08:17

Question d'Aurélia Secroun... Les Femmes ingénieures réussissent-elles aussi bien que les Hommes ingénieurs ?

Aurélia Secroun, ingénieure chercheuse CNRS, en instrumention, vous répond :

Bien sûr que les Femmes ingénieures réussissent aussi bien que les Hommes ingénieurs, et même parfois mieux ! Ainsi, j’ai eu l’honneur et le plaisir de recevoir l'Euclid STAR Prize au nom de l’équipe que j’ai dirigée. Ce prix salue l’excellente qualité du travail réalisé pour caractériser les détecteurs infrarouges qui seront à bord du satellite Euclid pour un décollage en 2022.

Equipe du détecteur NISP du CPPM (de gauche à droite) : Laurence Caillat, Romain Legras, Jean-Claude Clemens, Aurélia Secroun, William Gillard et Jérôme Royon
Equipe du détecteur NISP du CPPM (de gauche à droite) : Laurence Caillat, Romain Legras, Jean-Claude Clemens, Aurélia Secroun, William Gillard et Jérôme Royon

Dernière modification: 17 févr. 2021 à 09:20:06

Question d'Elisabeth Petit... Que s'est-il passé 1 picoseconde après le big-bang ?

Elisabeth Petit, chercheuse CNRS, vous répond :

Les particules élémentaires ont acquis une masse grâce au mécanisme de Higgs. Le boson de Higgs, découvert en 2012 au CERN, est encore activement étudié pour comprendre cette transition au tout début de l'Univers.

Plus précisément, la physique des particules décrit les particules élémentaires qui constituent les briques de la matière et leurs interactions. On sait aujourd'hui qu'elles ont une masse grâce à leur interaction avec une particule appelée "boson de Higgs". Ce boson a été prédit en 1964 et découvert au CERN en 2012 par deux expériences du LHC. Il constituait la dernière pièce du puzzle de la théorie globale de la physique des particules. De nombreuses recherches ont encore lieu aujourd'hui pour analyser précisément ses propriétés et comprendre ce qu'il s'est passé exactement 1 picoseconde après le big-bang quand le mécanisme de Higgs a donné leur masse aux particules. Sans lui les noyaux des atomes ne pourraient pas être stables et l'univers tel que nous le connaissons ne pourrait pas exister. Ces recherches sont effectuées par des milliers de chercheurs à travers le monde. Le boson de Higgs est produit au LHC, mais chaque boson de Higgs se cache parmi mille milliards d'autres événements. Nous développons donc des programmes informatiques pour permettre de sélectionner les événements qui nous intéressent. Plusieurs équipes travaillent ensemble, par exemple je coordonne un groupe de travail d'une vingtaine de personnes à travers le monde : français, espagnols, italiens, américains, chinois, etc. Nous faisons régulièrement des vidéo-conférences pour échanger nos idées et nos résultats.

C'est un travail de longue haleine car le LHC va continuer à opérer jusqu'en 2037. C'est pourquoi je travaille aussi à améliorer notre détecteur avec mes collègues ingénieurs et techniciens.

Réunion de l'équipe internationale en 2019
Réunion de l'équipe internationale en 2019

Plus d'infos : https://www.youtube.com/watch?v=ReqOW5C4mRk&feature=youtu.be

Dernière modification: 17 févr. 2021 à 09:13:52

Question de Stéphanie Escoffier... Un vide cosmique est-il vide de matière ?

Stéphanie Escoffier, chercheuse au CNRS, vous répond : Un vide cosmique est une région de l'Univers sous dense en matière et délimitée par des filaments galactiques et de matière noire. Leur densité extrêmement faible correspond à un dixième de la densité moyenne de l'Univers, ces vides cosmiques ne sont donc pas totalement vide, mais ils n'abritent que très peu de galaxies. Un vide cosmique a une taille entre 10 et 100 mégaparsecs, et pour comparaison la galaxie la plus proche de nous, Andromède, est située à environ 0,8 mégaparsec. Leur abondance, leur forme et la façon dont ils se déforment sous l'action de la gravité nous donnent des renseignements précieux sur le contenu et la dynamique de l'Univers caractérisé par la matière noire et l'énergie noire.

Dernière modification: 11 févr. 2021 à 16:19:41

Question de Laurence Caillat... Qu'est-ce qu'une démarche qualité dans un projet de recherche ?

Laurence Caillat, ingénieure qualité au CNRS, vous répond :

La démarche qualité peut être définie comme la mise en place d'un système fiable et performant permettant, dès la conception, de définir les exigences (performances attendues), de maîtriser les risques tout au long du projet et, lors de la conception, de vérifier l'obtention des exigences et d'en apporter la preuve (traçabilité).

Dernière modification: 16 févr. 2021 à 09:06:10

Questions de femmes... Découvre mon métier au cœur de l’Univers et de la matière

Le 11 février est la Journée Mondiale des Femmes en Science. L'initiative est mise en œuvre par l'UNESCO et ONU-Femmes, en collaboration avec des institutions et des partenaires de la société civile qui visent à promouvoir les femmes et les filles, https://fr.unesco.org/commemorations/womenandgirlinscienceday.

Cette journée sera l'occasion pour le CPPM de mettre en valeur les chercheures, ingénieures, techniciennes qui contribuent à la recherche dans le domaine de la physique des deux infinis, avec des activités liées à la science, à la technologie et au soutien à la recherche. A compter du 11 février et jusqu'au 8 mars, elles vous proposent un jeu de questions-réponses "Questions de femmes" pour vous faire découvrir leur métier et la passion qui les anime.

Retrouvez leurs questions-réponses sur le compte twitter du CPPM @CPPMLuminy et leurs explications sur notre site https://www.cppm.in2p3.fr/web/fr/laboratoire/actu-du-cppm/

Dernière modification: 16 févr. 2021 à 09:14:12