Au CERN, des physiciens recréent une gerbe de particules cosmiques en laboratoire pour la première fois

Pour la première fois, des physiciens du CERN ont recréé en laboratoire un phénomène naturel appelé gerbe de particules cosmiques. Ce phénomène se produit lorsque des particules très énergétiques venues de l’espace, comme les rayons cosmiques (souvent des protons), percutent les gaz de l’atmosphère terrestre. Les scientifiques ont utilisé le Grand Collisionneur de Hadrons (LHC), un accélérateur de particules de 27 kilomètres de long situé en Suisse, pour simuler cette collision en faisant entrer en collision des protons avec des noyaux d’oxygène, reproduisant ainsi les conditions des gerbes cosmiques. Cette expérience marque une avancée majeure, car elle permet d’étudier ce phénomène directement en laboratoire plutôt que par le biais de simulations informatiques, souvent imprécises.

L’équipe de recherche, menée par le physicien Jesse Liu de l’université de New York et faisant partie de la collaboration ATLAS au CERN, a réalisé la première mesure en laboratoire d’une gerbe de particules cosmiques. Pour capturer les collisions, les scientifiques ont utilisé une caméra ultra-performante de 100 millions de pixels, enregistrant environ 40 millions de collisions par seconde. Les résultats obtenus montrent que les modèles et simulations actuels, qui tentent de prédire le comportement de ces gerbes, ne correspondent pas à la réalité observée. Cette divergence souligne la nécessité de recalibrer ces outils pour mieux comprendre les mécanismes en jeu.

Les gerbes de particules cosmiques sont des cascades de particules générées par des collisions à très haute énergie, bien plus intenses que celles produites par les éruptions solaires. Ces phénomènes sont courants dans l’Univers, notamment lors d’événements violents comme les supernovas, mais restent difficiles à observer directement. Les données recueillies au CERN permettront d’affiner les modèles théoriques, car les interactions réelles entre particules cosmiques et atmosphères planétaires sont rares et limitées à des cas comme celui de la Terre ou de Mars. Mieux comprendre ces mécanismes est essentiel pour étudier des environnements cosmiques extrêmes, où les réactions peuvent être radicalement différentes de celles observées dans notre système solaire.

Les simulations informatiques utilisées jusqu’à présent pour modéliser les gerbes de particules cosmiques ont montré leurs limites face aux observations réalisées en laboratoire. Les chercheurs ont constaté que ces modèles, bien qu’utiles, ne reflètent pas fidèlement la complexité des interactions réelles. Par exemple, les collisions entre protons et noyaux d’oxygène dans le LHC révèlent des comportements inattendus, impossibles à anticiper avec les outils actuels. Cette découverte pousse la communauté scientifique à revoir ses approches pour développer des modèles plus précis, capables de rendre compte des phénomènes observés dans des conditions extrêmes, comme celles rencontrées près d’étoiles massives ou lors d’explosions stellaires.