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Des trous noirs pour y voir plus clair

Des trous noirs pour y voir plus clair

© Alter Info

Ces jours-ci doit se former à  la frontière franco-suisse un trou noir qui engloutira dans un premier temps toute l’Europe, puis toute la planète. Les prévisions apocalyptiques de ce genre se sont multipliées ces derniers temps, à  l’approche du lancement du nouvel accélérateur de particules LHC (Large Hadron Collider, ou « Grand collisionneur hadronique »). Cet ambitieux projet d’études fondamentales, auquel participent également des chercheurs russes, est lié à  la supraconductivité, à  la physique des particules et à  Dieu sait quoi d’autre. Mais l’information qui a fait le plus de bruit est l’éventualité de l’apparition de trous noirs à  l’intérieur du LHC.

Par Iouri Zaïtsev, de l’Institut d’études spatiales, pour RIA Novosti

Il faut noter que les plus puissantes sources de rayonnement dans l’Univers ne sont pas la conséquence de réactions thermonucléaires ou de processus d’interaction de particules élémentaires. Tout simplement, la matière « tombe » sous l’action d’une force de gravité, en accélérant pour créer d’énormes quantités d’énergie, et c’est cette énergie qui « rayonne ». Cela est lié au fait que l’Univers comporte des corps extrêmement compacts, les trous noirs et les étoiles à  neutrons, autour desquels la force gravitationnelle est très importante. Par exemple, la vitesse de chute d’une particule de matière au moment de son impact sur la surface d’une étoile à  neutrons atteint la moitié de celle de la lumière. Qui plus est, l’énergie dégagée est dix fois plus importante que lors d’une réaction thermonucléaire.

La relativité générale prévoit la naissance de trous noirs dans le cas où l’on a affaire à  de la matière compressée dans un espace sensiblement plus compact que pour les étoiles à  neutrons. Les trous noirs possèdent donc un champ gravitationnel si puissant qu’aussi bien les corps de matière que les rayonnements ne peuvent échapper à  sa force d’attraction. C’est pourquoi il est impossible d’observer directement les trous noirs. Leur identification se fonde sur l’observation de la matière qu’ils engloutissent, par exemple, d’une étoile voisine.

Le gaz qui sort de cette étoile ne « tombe » pas directement dans le trou noir. Dans un premier temps, un disque d’accrétion se forme au tour d’elle, dans lequel la matière tourne pendant un certain temps. En accélérant, elle atteint une vitesse proche de celle de la lumière et commence à  émettre des rayons X d’une énergie ultra puissante, visibles par les appareils d’observation qui se trouvent en orbite.

Parviendra-t-on à  recréer artificiellement dans un accélérateur terrestre ces phénomènes qui ne s’expliquent pour l’instant que théoriquement?

Le LHC, construit à  la frontière entre la France et la Suisse, est un accélérateur-collisionneur circulaire de faisceaux de particules chargées. En une seconde, plus d’un milliard de collisions s’y produiront. L’anneau du LHC a une circonférence de 26,65 km. Cette distance est l’un des facteurs déterminants pour que les particules puissent atteindre une vitesse un peu moins élevée que celle de la lumière et, par conséquent, obtenir des collisions libérant une énergie ultra puissante.

On prévoit de réussir à  obtenir dans le LHC, par des collisions de faisceaux de protons, des énergies de 7 TeV (tera-électrons-volt). Les faisceaux d’électrons et de protons entreront en collision en libérant des énergies allant jusqu’à  1,5 TeV, alors que les faisceaux d’ions lourds, notamment de plomb, permettront d’atteindre une énergie globale supérieure à  1.250 TeV. C’est-à -dire que, au fond, il est question d’une physique des phénomènes totalement nouvelle et, notamment, de la possibilité de confirmer la théorie selon laquelle des trous noirs se formeraient à  des énergies tera-électrons-volt et dans les conditions de la gravitation qui en découle.

Cependant, un certain nombre de scientifiques, avec à  leur suite des représentants de la société civile, ont commencé à  émettre des craintes, affirmant que la modélisation de ces phénomènes dans le LHC présentait un risque, même minime, de réaction en chaîne incontrôlée, qui serait théoriquement capable, dans certaines conditions, de faire disparaître notre planète. Il est vrai que la possibilité de faire apparaître des trous noirs microscopiques capables d’engloutir la matière environnante a fait l’objet de nombreux débats. En mars dernier, une plainte a même été déposée au tribunal fédéral de Hawaï contre le CERN (Organisation européenne pour la recherche nucléaire), responsable de la mise ne oeuvre du projet LHC, accusé de risquer de provoquer la fin du monde. Les plaignants réclament l’interdiction pure et simple de sa mise en exploitation.

Par ailleurs, une découverte clé pour la compréhension de la physique des trous noirs a été faite il y a quelques années: ils se volatilisent invariablement avec le temps. Les plus grands mettent des milliards d’années avant de disparaître, tandis que les plus petits le font presque instantanément, en 10-17 secondes. Ils n’ont par conséquent pas le temps d’engloutir quelque masse significative de matière que ce soit.

De l’avis de nombreux experts, des trous noirs apparaissent également lorsque des rayonnements cosmiques, qui plus est à  des énergies bien plus importantes, bombardent l’atmosphère terrestre, la Lune, ou la surface d’autres planètes. Mais nous ne les remarquons tout simplement pas, en raison de la brièveté du phénomène.

On suppose que dans le LHC des trous noirs apparaîtront environ à  chaque seconde. En se volatilisant, ils laisseront un certain rayonnement, que les appareillages extrêmement sensibles de l’accélérateur de particules pourront détecter. Ils ne représenteront aucun danger, et ce, même en théorie. En revanche, on pourra grâce à  eux mieux comprendre comment interagissent la mécanique quantique et la gravitation, dans la mesure où la volatilisation des trous noirs est un phénomène relatif à  la mécanique quantique.

Le LHC doit littéralement faire crouler les physiciens sous une montagne de nouvelles informations. On estime qu’il faudra l’équivalent de 20 millions de CD pour les stocker, et 70.000 ordinateurs très puissants pour les exploiter. Outre des éclaircissements sur les phénomènes de formation des trous noirs, on attend de ce superaccélérateur qu’il puisse créer des conditions proches de celles de l’Univers dans les milliardièmes de seconde qui ont suivi le Big Bang. Ainsi, on pourra répondre à  de nombreuses questions sur la formation de notre monde, questions qui restent pour l’instant du domaine de la spéculation.

Les opinions exprimées dans cet article sont laissées à  la stricte responsabilité de l’auteur.


Publié le 3 juillet, 2008 dans Grand collisionneur de hadrons (LHC).

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