Au cœur du CERN

" Il s'agit d'une occasion unique de contempler le détecteur ! ", ont reconnu huit enseignants de physique de l'école cantonale de Zug lorsque leur collègue Markus Schmidinger leur a parlé de son invitation au CERN. Schmidinger a participé à une formation continue en physique des particules à Berne et a été invité au CERN de Genève pour la réunion de suivi. Il a poliment demandé si ses collègues pouvaient l'accompagner. L'initiateur Hans Peter Beck, physicien et chargé de cours au CERN de l'université de Berne n'a pas réfléchi longtemps. Il a conçu son programme de telle sorte qu'il soit compréhensible sans formation préalable. Un total de 18 enseignantes et enseignants de l'école cantonale d'Ausserschwyz, du lycée d'Oberaargau, du lycée Rämibühl de Zurich et du lycée de Bienne ont saisi l'opportunité de voir le CERN de l'intérieur. Pour passer une journée complète au CERN malgré le long trajet, ils sont arrivés la veille et ont été hébergés gratuitement au CERN-Hostel.

Il appartient à la compréhension du Conseil Européen pour la recherche Nucléaire (abréviation CERN) de soutenir l'enseignement scolaire. " Nous souhaitons insérer la physique moderne dans les écoles et que les cours ne s'arrêtent pas au plan incliné. Des enseignants du monde entier se rendent au CERN pour participer à une formation continue de plusieurs jours ou semaines ou pour apprendre à connaître un des centres de recherche les plus fascinants du monde avec leurs élèves. Il n'y a que très peu de pays en Europe qui n'ont pas encore envoyé de groupes d'enseignants au CERN. On y compte justement la Suisse. Le prophète ne trouve-t-il donc pas de reconnaissance dans son propre pays ? Comment expliquer que le tout premier programme pour les enseignantes et enseignants de Suisse alémanique n'a eu lieu qu'un samedi en juin 2013 ? Hans Peter Beck, qui s'engage depuis longtemps pour la formation scolaire dans le cadre des Masterclasses, ne croit pas à un manque d'intérêt : " Le système scolaire en Suisse est organisé de manière décentralisée. De nombreux enseignants ne sont pas au courant des possibilités que le CERN propose ", explique-t-il au coordinateur CERN de la formation Mick Storr, lorsqu'il redemande où sont les enseignants suisses.

Welcome to the Startrek Enterprise

Ils sont maintenant là et Hans Peter Beck n'a pas reculé devant l'effort afin d'organiser la journée de la manière la plus intéressante possible. " Indispensable : des chaussures fermées et pas de talons hauts " a-t-il fait remarqué à pratiquement chaque point du programme car aujourd'hui, vous vous rendez sur un lieu de travail. Le Large Hadron Collider (LHC) et ses expérimentations sont justement attendus, transformés et hautement équipés pour une remise en service avec plus de puissance en 2015. Dans la mesure où, ce faisant, le mode normal est en repos, l'occasion de se rendre dans les sous-sols et de visiter les expérimentations directement sur place est rare au CERN. “ Vous pouvez photographier tout ce que vous voyez aujourd'hui. Aucune recherche secrète n'a lieu au CERN, nous publions tout ", explique Hans Peter Beck à ses visiteurs. Avec les Smartpads, les caméras et les appareils photo, vous êtes bien équipés pour capturer vos impressions pour vos collègues et élèves.

Après une brève introduction par Hans Peter Beck, la visite continue directement au cœur du CERN, le LINAC2. Les protons y sont préparés pour entrer en collision dans le Large Hadron Collider. " Welcome to the Startrek Enterprise ", plaisante Mick Storr lorsque nous sommes arrivés dans l'antichambre de la source de protons. Elle resplendit dans un design des années 70 et ce n'est pas rétro mais original. Il ne manque plus que le Capitaine Kirk arrive. Mick Storr sait comment il peut éliminer la timidité de ses visiteurs face à la physique high-end. Mais, peut-être encore plus important, il estime beaucoup ce que les enseignants fournissent dans les écoles : " Les bases physiques enseignées dans leurs écoles sont la base de tout ce qui se passe ici au CERN ", affirme Mick Storr et invite ses auditeurs à visiter une fois ce que vous voyez aujourd'hui avec leurs élèves. Philipp Aregger de l'école cantonale de Zug a déjà les yeux qui brillent. Il enseigne déjà la physique moderne à ses élèves et trouve ici une bonne stimulation pour les aider à comprendre la matière complexe qu'est la physique des particules.

La seconde station est l'expérimentation ATLAS dans laquelle Hans Peter Beck recherche. Dans la mesure où l'expérimentation n'est pas ouverte au public le weekend, un film en 3D emmène les enseignants à l'intérieur du détecteur ATLAS. 3000 physiciens sont impliqués.

Si vous bougez, vous sortez

Un bus emmène les visiteurs à la station suivante, l'expérimentation LHCb. " Vous avez une chance extraordinaire de pouvoir entrer directement dans le détecteur ! Cela ne m'est moi-même pas arrivé depuis dix années !, précise Andreas Schopper à ses visiteurs lors de leur arrivée. Le physicien du CERN a participé à l'établissement de l'expérimentation LHCb et est le président de la Société suisse de physique (SPG). La société a pris les frais de transport des enseignants à sa charge. Avant qu'un ascenseur ne transporte le groupe de voyageurs à 100 mètres sous terre, Schopper explique les particularités du LHCb sur un modèle. 700 scientifiques de 61 institutions et 16 pays y recherchent les différences entre la matière et l'antimatière. En Suisse, l'ETH Lausanne et l'université de Zurich participent. Et même si le LHCb reste un peu dans l'ombre des grandes expérimentations ATLAS et CMS, il a mis quelques résultats spectaculaires au jour. C'est ainsi que les chercheurs ont pour la première fois la dégradation d'une autre particule dont la mesure prouve une nouvelle fois que la matière et l'antimatière ne sont pas exactement symétriques.

" Si vous bougez, vous sortez ! " Cette devise s'applique aujourd'hui aux enseignants introduits dans le LHCb. Schopper a apporté des jetons pour les visiteurs pour les identifier. En effet, il faut rester inerte dans le sas et de presser la caméra sur le corps afin que le système de contrôle ne détecte pas qu'il s'agit de deux personnes. Schopper soumet ses yeux à un scanner rétinien. On se sent un peu comme dans le thriller Illuminati dans lequel une société secrète mal intentionnée assassine un physicien et qui force l'accès au CERN avec son œil.

On accède au sas suivant après une course étonnamment rapide à 100 mètres de profondeur. La radioactivité signalée sur la porte n'est pas active au moment du Shutdown. Schopper a quand même un dosimètre avec lui dans la mesure où il s'agit d'une zone contrôlée dans laquelle s'appliquent certaines mesures de sécurité. Les physiciens ne s'ennuient pas pour autant pendant le Shutdown car il y a encore d'énormes quantités de données qui attendent d'être analysées comme l'explique Markus Joos. Les informaticiens travaillent sur le logiciel qui enregistre, filtre et sauvegarde les résultats de mesure. 100 pétaoctets de données brutes sont enregistrées sur 40 000 disques durs et 40 000 lecteurs de bandes magnétiques. Lecteurs de bandes magnétiques ? En effet, les informaticiens au CERN utilisent ces apparemment anciens supports de données dans la mesure où ils permettent de conserver les données de manière 100 fois plus sécurisée qu'un disque dur.

Affreusement difficile à construire

“ Pratiquement aussi rapide que les protons dans l'accélérateur de particules ”, plaisante Monica Vogel du lycée de Rämibühl concernant la vitesse avec laquelle nous traversons chacune des stations de la journée de la formation continue. Nous avons à peine terminé notre déjeuner au restaurant du CERN que nous continuons avec la visite de la salle de test avec aimant. Les jours de semaine, il faut faire attention de ne pas se trouver sur le chemin d'un chariot élévateur mais aujourd'hui, samedi, nous sommes les seuls à apporter de la vie dans l'énorme hall. Sur la base de certains modèles, Gerfried Wiener de l'université de Vienne explique comment le LHC a été construit et quels obstacles ont dû être surmontés. Ne serait-ce que les câbles ! 13000 ampères traversent le HLC. Sans câbles de supraconductivité, le LHC devrait avoir le volume de l'équateur. “ Ça a l'air facile mais c'est affreusement difficile de construire un LHC ”, remarque Paul Truttman de l'école cantonale de Zug en regardant autour de lui avec admiration.

Notre avant-dernière station est la salle de contrôle de l'Alpha Magnetic Spectrometer (AMS2). Le détecteur résistant aux secousses a été construit et testé durant 16 années, envoyé vers la station spatiale internationale (ISS) avec le dernier spaceshuttle et installé sur l'ISS par des astronautes de la NASA. Le détecteur y recherche l'antimatière. Au moins un unique anti-hélium. Deux seraient encore mieux. Dix pour publier un papier. En effet, les scientifiques partent du principe que d'énormes quantités de matière et d'antimatière ont été dégagées lors du Big Bang afin de se détruire mutuellement tout de suite. D'après cette théorie, il ne devrait pas y avoir d'antimatière stable dans notre univers, sauf si AMS2 prouvait le contraire. Jusqu'à présent, AMS2 n'a encore appréhendé aucune antimatière. Par contre, les scientifiques on trouvé des pistes significatives de sources inconnues de rayonnement cosmique qui pourraient préciser le rapport avec la matière noire.

Le prochain Einstein

Toutefois, il n'est pas nécessaire de se rendre à All ou au CERN pour voir des particules. Les enseignants en sauront plus sur la manière dont ils peuvent montrer les électrons et les particules alpha à leurs élèves au cours d'une expérimentation dans l'après-midi lors de la construction d'une chambre à condensation. Ils comprennent très vite que des professionnels sont à l'œuvre. Il ont construit conformément les chambres à condensation à toute vitesse et fermé les rideaux. Ensuite, ils guettent les particules qu'ils montrent à la lumière d'une lampe de poche. “ Hey, j'en vois une ”, s'exclame un visiteur. “ Elle est vraiment grosse ! ”, constate un autre. Les petites particules en forme de ver se déplacent à l'horizontal et à la vertical à travers le rayon lumineux. L'expérimentation aussi simple que saisissante peut également s'exécuter avec un gobelet en plastique et un cendrier en aluminium. La neige carbonique reste toutefois indispensable.

“ Qui sera le Newton ou Einstein suivant ? ”, demande Mick Storr en rouvrant les rideaux tandis que les enseignants sont heureux d'avoir assisté à l'expérimentation réussie. “ Il n'existe pas encore ”, murmure un visiteur. “ C'est vrai ”, confirme Mick Storr, “ le prochain Einstein fera certainement partie de la génération de vos élèves ”. C'est pourquoi vous devriez tout faire pour que vos élèves restent curieux. Et que vous les envoyez au CERN. “ J'imagine très bien pouvoir visiter le CERN avec un classe spécialisée en sciences physiques ”, pense Gian Röthlisberger du lycée d'Oberaargau. Un collègue confirme. Ils recherchent sans cesse de bons endroits pour organiser des excursions.

“ Il est évidemment impossible d'enseigner la physique des particules à des élèves en un jour ”, reconnaît Andreas Schopper. “ Mais nous pouvons leur faire vivre l'expérimentation du CERN. Nous pouvons leur montrer la diversité et la multitude d'activités que propose le CERN. " L'offre s'adresse également aux enseignants qui n'enseignent pas la physique. “ Apprendre une langue requiert beaucoup de pratique. Ainsi, une visite au CERN se combine bien avec un cours de français ou d'anglais ", suggère Hans Peter Beck. Il y a déjà des expérimentations. Le professeur de français Patrick Blum du lycée de Berne-Neufeld est venu au CERN avec sa classe en 2012 et rédigé un rapport à ce sujet sur teilchenpysik.ch .

Les enseignants sont visiblement très contents de leur journée très variée au CERN. Markus Schmidinger évalue la journée au CERN comme étant “ très impressionnante ” : " C'est une toute autre expérimentation que de voir l'expérimentation sur place et d'avoir accès à un monde qui reste caché. " Il ramène de nombreuses suggestions chez lui qu'il compte mettre en place rapidement : “ Comme, par exemple, montrer en classe pour la force de Lorentz qu'il ne s'agit pas d'une simple théorie mais que des ingénieurs y travaillent concrètement au CERN. ”

Tandis que les premiers sont sur le départ, un groupe de durs se retrouvent au restaurant du CERN pour un pot d'adieu. Il saisissent l'occasion pour discuter avec des scientifiques et pour en savoir plus sur ce que la recherche au CERN signifie concrètement. Comment des personnes de 65 nations différentes peuvent-elles travailler ensemble sans qu'une d'elle dise à l'autre ce qu'elle a à faire ? Et comment est-ce possible que chacun puisse faire ce qu'il veut sans que l'anarchie n'apparaisse ? Andreas Schopper à des réponses à ces questions. " Cela a été une de mes deux meilleures formations continue et j'enseigne depuis déjà 17 années ", affirme Philipp Aregger avant de partir. Une chose est sûre : Le premier programme pour enseignants de Suisse alémanique au CERN ne sera pas le dernier.

Le premier programme pour enseignants de Suisse alémanique au CERN, initié par le Dr. Hans Peter Beck) Université de Berne/CERN) a été possible grâce au soutien professionnel et financier du CERN et de la Société suisse de physique (SPG). D'autres programmes pour les enseignants et enseignantes de Suisse suivront à intervalles réguliers. Vous obtiendrez plus d'informations à ce sujet auprès de Hans Peter Beck : Tél. +41 22 767 11 94, Mail : Hans.Peter.Beck@cern.ch

Reportage de Christine Plass (publié: 18. 6. 2013)