dimanche 7 novembre 2010

Vous ne regarderez plus votre appareil photo tout à fait de la même manière...

Le détecteur ATLAS sur le LHC (Copyright CERN)

Lorsque l'on montre les détecteurs qui sont installés sur le LHC, les visiteurs sont souvent impressionnés par le gigantisme et l'apparente complexité de la technologie mise en jeu. Il est pourtant possible à tout un chacun d'en comprendre le principe de fonctionnement en remarquant qu'un banal appareil photographique numérique possède un grand nombre de points communs avec les détecteurs de particules.

Un appareil photographique n'est rien d'autre qu'un détecteur de lumière, or, depuis qu'Einstein a décrit l'effet photo-électrique on sait que la lumière peut-être considéré comme un ensemble de particules que l'on nomme "photons". Les collisionneurs de particules produisent de grandes quantités de photons énergétiques. En photographie, l es grains de lumière ont une énergie bien plus faible, mais la physique sous-jacente est la même. Un appareil photographique est donc un détecteur spécialisé dans la détection de photons "faiblards" alors que les détecteurs en physique des particules sont également sensibles à d'autres types de particules, par exemple les électrons, les pions, les kaons, etc...

Le capteur CCD ou CMOS du boitier photo est l'élément sensible du système qui va convertir les flux de lumière en une série de signaux électriques. Un détecteur de particules contient également des éléments sensibles capables de produire des signaux  dépendant des caractéristiques de la particule détectées. Un détecteur va selon les cas, donner des informations permettant de retrouver  la position, l'énergie, la charge électrique, etc.

Le capteur photographique couleur est constitué d'une matrice de millions de pixels, chacun d'entre eux est muni d'un minuscule filtre coloré rouge, vert ou bleu. Un pixel touché va donc donner une information sur la position des grains de lumière incidents et sur la couleur de ceux-ci, c'est-à-dire sur leur énergie (un photon bleu est un peu plus énergétique qu'un photon rouge).

L'électronique du détecteur ou du boitier photo est destinée à récupérer les signaux électriques produits par les éléments sensibles, à les mettre en forme et à les coder sous une forme numérique (ce sont les fichiers ".jpg" des appareils photos). La mise en forme est très importante, il faut nettoyer les signaux électriques qui possèdent toutes sortes de biais, il faut également égaliser la réponse de l'ensemble des éléments de détection de façon à ce que deux grains de lumières (ou deux particules) ayant les mêmes caractéristiques produisent le même signal en chaque point du capteur (ou du détecteur). Tout ceci est heureusement fait automatiquement.

Les informations codées numériquement sont stockées sur la carte mémoire de l'appareil photo ou sur des systèmes de stockage très capacitif pour les détecteurs de particules. Une fois la carte mémoire vidée sur un PC il est possible d'appliquer des traitements supplémentaires avec des logiciels adaptés pour renforcer les contrastes, supprimer les yeux rouges, voire même cacher un bouton disgracieux... Les photos seront ensuite distribuées sur Picasa, Flickr ou Facebook en utilisant les réseaux informatiques. C'est le même processus pour la physique ; les données sont traitée, analysées, filtrées et distribuée dans le monde entier grâce aux réseaux informatiques afin que les physiciens puissent les exploiter et "taguer" les quelques particules ou phénomènes physiques qui auront été identifiés. Pour un physicien, le tag "Higgs" est aussi attendu et recherché que le tag "petite dernière" après une naissance attendue !

En physique, tout comme dans la vie, on ne photographie pas n'importe quoi. Le photographe observe la scène sur le petit écran de l'appareil et n'appuie sur le déclencheur que lorsqu'il est parfaitement content du cadrage et du niveau de zoom. De même, les détecteurs n'enregistrent pas tout  à chaque collision. Un système basé sur des mesures rapides mais grossières analyse rapidement  ce qui se passe et ne déclenche la lecture complète des centaines de millions d'information du détecteur que lorsque certains éléments indiquent que la collision a des chances d'être intéressante. Ce dispositif nommé "trigger" doit être extrêmement bien fait pour éviter d'introduire des biais dans les analyses de physique et surtout éviter de rater un phénomène intéressant.

Le principe des détecteurs de physique des particules n'est pas plus compliqué que cela, c'est la masse d'informations produites et la vitesse des "prises de vues" qui nécessitent la débauche de technologie que l'on observe dans les expériences installées sur le LHC.

2 commentaires:

  1. j'ai l'impression d'avoir compris le début d'un petit quelque chose !...:o)

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