L’histoire du CERN

Les origines

9 December 1949

À la fin de la Seconde Guerre mondiale, la recherche scientifique européenne ne brille plus au niveau mondial. Inspiré par l’exemple des organisations internationales, un petit groupe de scientifiques visionnaires a l’idée de créer un laboratoire européen de physique atomique. Raoul Dautry, Pierre Auger et Lew Kowarski en France, Edoardo Amaldi en Italie et Niels Bohr au Danemark sont parmi ces précurseurs. En plus de réunir les scientifiques européens, un laboratoire de ce type permettrait de répartir les coûts, toujours plus élevés, des installations de physique nucléaire.

C’est le physicien français Louis de Broglie qui, le premier, propose officiellement de créer un laboratoire européen, lors de la Conférence européenne de la culture s’ouvrant à Lausanne le 9 décembre 1949. Une étape supplémentaire est franchie pendant la cinquième Conférence générale de l’UNESCO, à Florence, en juin 1950 : Isidore Rabi, physicien américain et lauréat du prix Nobel, fait inscrire une résolution autorisant l’UNESCO à « assister et encourager la création de laboratoires régionaux pour accroître la coopération scientifique internationale. »

La première résolution concernant la fondation d’un Conseil européen pour la recherche nucléaire est adoptée en décembre 1951, à Paris, lors d’une réunion intergouvernementale de l’UNESCO. Deux mois plus tard, 11 pays signent un accord pour la création du Conseil provisoire ; l’acronyme CERN est né.

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Où construire le Laboratoire ?

1 October 1952

Genève est choisie pour accueillir le site du CERN lors de la troisième session du Conseil provisoire, en 1952. Cette décision est entérinée par un référendum mené dans le canton de Genève en juin 1953, par 16 539 votes contre 7 332.

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Début des travaux

17 May 1954

Le 17 mai 1954, les premiers coups de pelle sont donnés sur le site de Meyrin (Suisse), en présence de personnalités officielles du canton de Genève et de membres du personnel du CERN.

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L’Organisation européenne pour la Recherche nucléaire

29 September 1954

La Convention établissant l’Organisation est signée, sous réserve de ratification, par 12 États, lors de la sixième session du Conseil du CERN, qui a lieu à Paris du 29 juin au 1er juillet 1953. Elle est progressivement ratifiée par les 12 États membres fondateurs : la Belgique, le Danemark, la France, la République fédérale d’Allemagne, la Grèce, l’Italie, les Pays-Bas, la Norvège, la Suède, la Suisse, le Royaume-Uni et la Yougoslavie. Le 29 septembre 1954, après la ratification par la France et l’Allemagne, l’Organisation européenne pour la Recherche nucléaire est officiellement créée ; le CERN initial n’existe plus, mais l’acronyme reste.

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Démarrage du Synchrocyclotron, premier accélérateur du CERN

11 May 1957

Le Synchrocyclotron (SC) d'une énergie de 600 MeV, construit en 1957, est le premier accélérateur du CERN. Il produit des faisceaux pour les premières expériences du Laboratoire en physique des particules et en physique nucléaire. En 1964, on commence à restreindre son utilisation à la seule physique nucléaire. C’est le Synchrotron à protons (PS), plus récent et bien plus puissant, qui servira aux expériences de physique des particules.

Le Synchrocyclotron a eu une durée de vie remarquable. En 1967, il commence à fournir des faisceaux à une installation de production d’ions instables, baptisée ISOLDE, utilisée dans des domaines de recherche allant de la physique nucléaire pure à l’astrophysique et à la physique médicale. ISOLDE est transférée sur un autre accélérateur en 1990, et le Synchrocyclotron est arrêté, après 33 ans de fonctionnement.

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Démarrage du Synchrotron à protons

24 November 1959

Le Synchrotron à protons (PS) accélère des protons pour la première fois le 24 novembre 1959 et devient, pour un court laps de temps, l’accélérateur de particules le plus puissant du monde. Avec une énergie de faisceau de 28 GeV, il est mis au service du programme de physique des particules du CERN ; il continue, aujourd’hui encore, de fournir des faisceaux aux expériences de l’Organisation.

Dans la nuit du 24 novembre 1959, le PS atteint son énergie maximale. Le lendemain matin, John Adams (photo) annonce cet exploit dans l’amphithéâtre principal. Il tient dans sa main une bouteille de vodka vide, qu’il a reçue de Dubna avec le message suivant : la bouteille devait être bue lorsque le CERN aurait battu le record mondial de 10 GeV, établi par le Synchrophasotron russe. Elle contient un polaroïd de l’impulsion de 24 GeV, et elle est prête à être renvoyée à Dubna.

À partir du moment où le CERN construit de nouveaux accélérateurs, dans les années 1970, le Synchrotron à protons commence à avoir, comme rôle principal, de leur fournir des particules. Depuis les débuts du PS en 1959, l’intensité de ses faisceaux de protons a été multipliée par mille, et il est devenu l’accélérateur de particules le plus polyvalent du monde.

Tout au long de sa carrière, le PS a accéléré de nombreux types de particules, qu’il a envoyées dans des accélérateurs plus puissants ou directement à des expériences.

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Premières observations d’antinoyaux

1 September 1965

En 1965, les chercheurs savent qu’à chacune des particules qui composent les atomes (électron, proton ou neutron) correspond une antiparticule. Par conséquent, si les particules assemblées en atomes sont les constituants fondamentaux de la matière, il est naturel de penser que les antiparticules, assemblées en antiatomes, forment l’antimatière.

Mais la matière et l’antimatière sont-elles exactement équivalentes et opposées, ou symétriques, comme l’a suggéré Paul Dirac ? Il est important de tester cette symétrie pour avancer dans la recherche. Les physiciens souhaitent savoir comment les antiparticules subatomiques se comportent lorsqu’elles s’assemblent. Un antiproton et un antineutron s’assemblent-ils pour former un antinoyau de la même manière que les protons et les neutrons qui forment le noyau d’un atome ?

Cette question trouve une réponse en 1965, avec l’observation de l’antideutéron : il s’agit d’un noyau d’antimatière composé d’un antiproton et d’un antineutron (tandis que le deutéron, noyau de l’atome de deutérium, se compose d’un proton et d’un neutron). Cet objectif est atteint simultanément par deux équipes de physiciens, l’une, menée par Antonio Zichichi, avec le Synchrotron à protons au CERN, et l’autre, dirigée par Leon Lederman, avec le synchrotron à gradients alternés (AGS) du Laboratoire national de Brookhaven, à New-York.

L’article du CERN, Experimental Observation of Antideuteron production, est publié le 1er septembre 1965 dans la revue italienne de physique des particules Il nuovo cimento, qui sera absorbée par l’European Physical Journal en 1999.

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Georges Charpak révolutionne la détection de particules

17 January 1968

Dans les années 1960, la détection en physique des particules consiste surtout à examiner des millions de photographies venant de chambres à bulles ou à étincelles. C’est un travail lent, fastidieux, et inadapté à l’étude de phénomènes rares.

L’arrivée des amplificateurs à transistor sera une révolution ; une caméra peut détecter une étincelle, mais un fil de détection raccordé à un amplificateur est capable de détecter un effet bien plus ténu. En 1968, Georges Charpak développe la « chambre proportionnelle multifils », une enceinte remplie de gaz et équipée de nombreux fils de détection parallèles, chacun d’entre eux connecté à un amplificateur. Ce dispositif, relié à un ordinateur, permet d’obtenir une vitesse de comptage mille fois supérieure à celle des autres détecteurs existant à l’époque. L’invention révolutionne la détection de particules, qui passe de l’ère manuelle à l’ère électronique.

Georges Charpak, qui a rejoint le CERN en 1959, se voit décerner le prix Nobel de physique en 1992, pour « l’invention et la mise au point de détecteurs de particules, en particulier la chambre proportionnelle multifils ».

De nos jours, la quasi-totalité des expériences de physique des particules utilisent des détecteurs de traces fondés sur le principe de la chambre proportionnelle multifils. Charpak a également beaucoup contribué à l’utilisation de cette technologie dans d’autres domaines utilisant des rayonnements ionisants, tels que la biologie, la radiologie et la médecine nucléaire.

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Premières collisions de protons grâce aux ISR

27 January 1971

À la fin des années 1950, les physiciens savent que les collisions de particules auraient beaucoup plus d’énergie si les faisceaux entraient en collision non plus avec une cible fixe, mais les uns avec les autres. Les spécialistes des accélérateurs du CERN ont alors l’idée d’utiliser le Synchrotron à protons (PS) pour alimenter deux anneaux interconnectés, dans lesquels deux faisceaux intenses de protons seraient préparés avant d’entrer en collision. Le projet des Anneaux de stockage à intersections (ISR) est formellement approuvé en 1965.

Le 27 janvier 1971, Kjell Johnsen (photo), qui a dirigé l’équipe de construction des Anneaux de stockage à intersections, annonce que pour la première fois au monde, des interactions issues de collisions entre des protons ont été enregistrées. Sur la gauche, on peut voir Franco Bonaudi, responsable du génie civil, et Dirk Neet, qui prendra par la suite la tête de l’exploitation des ISR.

Pendant les 13 années à venir, la machine offrira une perspective unique sur le monde minuscule de la physique des particules. Elle permettra également au CERN d’acquérir de précieuses connaissances et compétences, qui lui seront utiles pour ses projets ultérieurs de collision de faisceaux, jusqu’au Grand collisionneur de hadrons, le dernier en date. Par exemple, c’est sur cette machine que le procédé de « refroidissement stochastique », imaginé par Simon van der Meer pour produire des faisceaux intenses, a été mis en pratique pour la première fois.

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Achèvement du tunnel du Supersynchrotron à protons

31 July 1974

Quelques mois après la signature de l’accord donnant le feu vert à l’extension du CERN sur le territoire français, les travaux du Supersynchrotron à protons (SPS) débutent. Deux ans plus tard, le 31 juillet 1974, la machine à forer de l’entreprise Robbins, qui creusait le tunnel du SPS, rejoint son point de départ (voir photo) après avoir percé un tunnel de sept kilomètres de circonférence, à une profondeur moyenne de 40 mètres sous la surface. Le tunnel passe à travers la frontière franco-suisse, ce qui fait du SPS le premier accélérateur transfrontalier. Plus de 1 000 aimants sont utilisés pour équiper l’anneau ; les travaux de génie civil et d’installation sont achevés en quatre ans seulement, délai particulièrement court.

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