Adlène Hicheur - Verdict !

Vendredi 4 mai un peu avant 13h30, pas mal de monde se groupait devant l'entrée de la 14ème chambre correctionnelle du palais de justice de Paris pour écouter l'énoncé du verdict du procès d'Adlène Hicheur. Beaucoup de journalistes étaient présents, un peu moins de monde toutefois du côté des comités de soutien que lors des audiences des 29 et 30 mars. On notait aussi la présence des "gars de Tarnac" qui, quelques jours avant, avaient justement cosignés  une tribune libre dans Le Monde intitulée "Non au délit de pré-terrorisme".

L'énoncé du verdict n'a duré que quelques minutes, la Présidente Rebeyrotte ne s'est pas donné la peine de parler dans le micro et a très rapidement marmonné qu'Adlène Hicheur était coupable du délit de "participation à une association de malfaiteurs en vue de la préparation d'un acte de terrorisme" et qu'en conséquence il était condamné à cinq ans d'emprisonnement dont un an avec sursis, qu'il était maintenu en détention et que l'ensemble des scellés seraient saisis (comprendre: confiscation du matériel informatique et des 15 000 € d'argent liquide trouvés au moment de l'arrestation). Après avoir expliqué en trente seconde ce que signifiait l'année de sursis sur le plan pénal, la Présidente a quitté très rapidement la salle d'audience. L'assistance s'est alors figée un instant, attendant que quelque chose se passe... certains ont demandé à leur voisin de répéter ce que la Présidente avait dit car ils n'avaient pas réussi à entendre son marmonage. L'un des membres du comité de soutien viennois  s'est offusqué à haute voix de cette façon de faire, de cette manière de balancer un verdict implacable qui va sceller l'avenir d'un homme, puis de repartir en rasant les murs… Tout le monde était debout, sonné et incrédule.

L'avocat a dû courir après la Présidente pour lui demander une autorisation pour qu'Adlène Hicheur puisse embrasser son père et ses frères, ce qui fut fait avant que les gendarmes ne reconduisent Adlène en cellule. Nous sommes restés de longues minutes à attendre que quelque chose se passe, à espérer au fond de nous-même que la Présidente revienne et dise que non, finalement il était acquitté… mais non bien sûr... le jugement était là, implacable, irrévocable (sauf appel) et incompréhensible.

Curieusement l'énoncé de ce verdict tranchait singulièrement avec celui de l'affaire précédente : 5 jeunes comparaissant pour une affaire de violence, le verdict fut énoncé de manière forte et claire, le Président s'assurant que l'interprète avait pu traduire et que les jeunes avaient bien compris. C'était un peu comme si le verdict de l'affaire Hicheur était tellement honteux, qu'il fallait juste le chuchoter et vite prendre la fuite...

Comme je l'ai dit dans l'article concernant les audiences des 29 et 30 mars, je n'ai rien entendu de convaincant dans l'énoncé des charges reprochées à Adlène Hicheur, en tout cas rien de prouvé, pas même l'identité de son interlocuteur sur les forums. Moi qui croyait que justement la justice ne s'appuyait que sur des faits, que le travail des enquêteurs consistait à amener des preuves et que toutes les assertions ne reposant pas sur des éléments établis étaient nulles et non avenues et enfin que le doute devait bénéficier à l'accusé. Je pense que si je n'avais pas assisté à ce procès, si je n'avais pas entendu de mes oreilles les élucubrations scabreuses basées sur  une série d'hypothèses non vérifiées afin de tailler un costume de coupable à Adlène Hicheur,  j'aurais eu au fond de moi un doute en me disant que la justice française ne pouvait pas condamner sans preuve ou sans au minimum quelques éléments solides permettant de se forger une intime conviction.

Aujourd'hui, je sais qu'il est possible d'arrêter quelqu'un en France, de lui faire subir 96 heures d'interrogatoire sans sommeil, alors que cette personne souffre physiquement et que le médecin lui prescrit des médicaments de plus en plus forts pour le faire tenir... Je sais aussi qu'il est possible de détenir quelqu'un pendant 30 mois sans qu'aucun élément sérieux ne justifie cette détention. Enfin, je sais qu'il est possible de construire un dossier uniquement à charge, de bourrer celui-ci d'éléments non prouvés, d'erreurs grossières, d'hypothèses scabreuses et finalement de faire condamner quelqu'un à des années de prisons.

Ce jugement je ne le comprends pas, je le comprends encore moins quand je lis le paragraphe suivant :

"Au cours des débats d'audience, Adlène HICHEUR a employé plusieurs fois le terme d'"humiliation" et l’on sent, à travers les messages de cet homme intelligent et fier, la douleur d’appartenir à un peuple qui a effectivement été colonisé pendant deux siècles par des représentants de son pays d’accueil et d’adoption ainsi que la difficulté à surmonter cette antinomie. Le Tribunal ne peut de même ignorer qu’Adlène Hicheur est né à Séfif, ville de triste mémoire, ce qui n’a pu que renforcer son sentiment d’injustice, d’humiliation devant le sort réservé à ses pères"

Cet argument qui sort de nulle part est présenté comme un élément à décharge valant l'année de sursis, alors  qu'au contraire il accable en tentant de donner une explication à un délit qui n'a jamais été démontré au cours du procès. Les juges se donnent ainsi probablement bonne conscience… Grand bien leur fasse !

Vous qui me lisez, prenez garde à vos écrits, prenez garde à vos courriels, et finalement prenez garde à vos pensées. Une justice d'exception a été instaurée en France et elle a tout pouvoir.

Dominique Boutigny

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• Comité International de Soutien à Adlène Hicheur
• Collectif Viennois de Soutien à Adlène Hicheur

Adlène Hicheur et les lois d'exception

Les 29 et 30 mars derniers avait lieu le procès d'Adlène Hicheur à la 14ème chambre correctionnelle de Paris. Je connais bien Adlène pour l'avoir côtoyé et même avoir partagé son bureau à Annecy pendant un an et demi alors qu'il terminait sa thèse de physique des particules portant sur l'expérience BaBar.

Adlène Hicheur était jugé pour "association de malfaiteurs en vue de préparer des actes terroristes". On lui reproche notamment d'avoir eu une activité sur Internet sur des forums islamistes radicaux et d'avoir échangé des messages mentionnant des projets  d'actes terroristes avec une personne identifiée par les enquêteurs comme étant un membre actif d'Al-Qaida au Maghreb Islamique (AQMI).  Il lui est également reproché d'avoir préparé et peut-être effectué des transferts de fonds visant à financer des activités terroristes.

Beaucoup de choses plus ou moins exactes ont été rapportées dans la presse, je n'y reviendrai pas dans cette note, il me semble par contre plus important d'exprimer mon ressenti personnel à l'issue de ces deux jours d'audience et de poser la question sur les limites de la justice et du droit d'un état à arrêter et juger quelqu'un sur la base de la conviction que celui-ci est sur le point de basculer dans le terrorisme actif.

C'était la première fois que je mettais les pieds dans un tribunal, l'atmosphère est curieuse, on sent tout de suite le côté suranné d'un lieu qui fait plus penser à un monument historique qu'à l'endroit où le futur des prévenus va se jouer, avec à la clé la liberté ou des années de détention. L'accueil est toutefois cordial; j'imaginais être embêté avec mon gros sac contenant mon ordinateur, mon iPad, mon téléphone, ma batterie de rechange, divers câbles informatiques, appareil photo et autres… Mais non ! rien ! juste des gendarmes aimables qui renseignent les gens perdus dans ce labyrinthe.

L'entrée de la salle d'audience était bloquée par une haie de journalistes, caméras, micros, etc. L'affaire Hicheur, dont peu de personne s'était inquiété pendant ses 30 mois (oui 30 !) de détention provisoire, était donc devenue médiatique suite à la coïncidence temporelle avec l'affaire Merah. La salle ne comptant qu'une cinquantaine de places, les  gendarmes filtraient l'entrée ; priorité aux journalistes et à la famille, puis aux comités de soutien. Là encore, j'ai vu des gendarmes courtois faisant de leur mieux pour placer le maximum de personnes dans la salle. Tout au long des deux jours d'audience, ça n'a d'ailleurs été que des allées et venues incessantes, les gens rentrant et sortant et se relayant sur des bancs au confort plutôt sommaire.

Une partie de l'assistance était constituée par le Comité Viennois de Soutien à Adlène Hicheur,  composé de la famille, des amis, des connaissances proches d'Adlène Hicheur. Franchement mesdames et messieurs les Viennois, durant ces deux jours, vous avez été impressionnants, on sentait la solidarité, la sympathie, le soutien sans faille derrière Adlène Hicheur et sa famille. Quelque chose de positif s'est dégagé de votre présence et je suis certain que cela aura une influence sur la décision des juges. 

Sur la forme :

Ce qui m'a le plus interpellé a été l'énorme décalage entre une affaire qui a pour cadre Internet, les forums et les technologies de l'information et l'incompétence de la Présidente en matière d'informatique. Par exemple, la Présidente a systématiquement prononcé Wahou à la place de Yahoo quand il s'agissait des adresses mails; elle parlera paraît-il aussi, car je n'avais pas réussi à décoder ce qu'elle disait, de fichiers "weuld" au lieu de Word. Ceci veut dire que cette dame ne manipule pas du tout l'informatique. Comment peut-elle se rendre compte si telle ou telle manipulation sur un ordinateur ou sur le net a un sens ou non ? Si l'on peut admettre qu'un juge n'ait pas cette compétence, il est par contre inadmissible de voir des erreurs du même genre dans le dossier d'instruction. Par exemple, il y a eu une confusion systématique entre des paiements par cartes de crédit via Paypal et l'utilisation de comptes Paypal. C'est tout de même grave ! Puisque l'accusation a tenté d'utiliser cela pour démontrer qu'il y avait eu des transferts de fonds à l'étranger via ce moyen.

De même, le dossier d'instruction indique que des fichiers étaient stockés et compressés dans un dossier avec "un système de cryptage particulièrement difficile à décoder". Traduction : il y avait des fichiers dans un dossier compressé avec Winrar et protégé par un mot de passe ! Ce point est d'ailleurs intéressant car un certain nombre de mails reprochés à Adlène Hicheur ont été encodés avec un logiciel de cryptographie (je n'ai pas réussi à comprendre lequel) et ont été apparemment décodés très vite. Il y a donc là un décalage avec la soit-disant difficulté de décoder un dossier Winrar ! Mon avis est que les mails ont été décodés par les services secrets américains (ce point a d'ailleurs été brièvement mentionné par l'un des avocats lors de l'audience), probablement avant l'arrestation d'Adlène Hicheur, ce qui laisse penser que les dits services secrets américains disposent de moyens considérables, ou bien qu'ils ont accès à des backdoors dans les logiciels de cryptage public. Mais est-ce vraiment une surprise ?

Dernier exemple : le dossier d'instruction ne fait pas de distinction entre des mails échangés et des traces de surf (je suppose des fichiers du cache du navigateur) retrouvés sur le disque dur !

Tout cela est hallucinant, peut-on vraiment penser que les enquêteurs soient ignares à ce point des techniques informatiques. Peut-on penser qu'un soit-disant terroriste ne prenne pas plus de précautions en utilisant des relais pour cacher ses connexions ou en utilisant un système d'exploitation virtuel pour effacer de son ordinateur toute trace de navigation. Adlène Hicheur avait sans conteste le bagage intellectuel pour mettre en œuvre ces parades s'il avait vraiment voulu se cacher.

Tout au long du procès, le décalage entre le monde Internet d'Adlène Hicheur et le monde paperassier de la justice a été particulièrement flagrant. L'accusation reproche par exemple à  Adlène Hicheur d'avoir fait des traductions au profit d'AQMI. Celui-ci répond qu'il y avait des reporters virtuels sur les forums et que ceux-ci traduisaient du matériel recueilli en divers endroits, dont des textes émanant d'AQMI… La notion de reporters virtuels est bien entendu un concept qui échappe à la Présidente...

Sur le fond :

Pour moi, toute la partie concernant le montage financier scabreux que la DCRI a tenté d'édifier  pour étayer le fait qu'il y avait bien eu passage à l'acte, ne tient pas une seconde. De même l'identification du pseudo Phoenix Shadow avec Mustapha Debchi, soit disant activiste d'AQMI, est bien faible. Je n'ai pas vu le moindre début de preuve et quand bien même Mustapha Debchi existerait, il est encore moins établi qu'Adlène Hicheur savait qui il était.

Que reste t-il donc de l'affaire ? Le contenu de quelques mails est clairement embarrassant, la teneur de certains propos laisse penser qu'il y a eu, à un moment au moins, une tentation de supporter l'action violente. Mais quelle est la limite entre le délit et la liberté de penser ? Particulièrement choquant à mon avis est le fait de revenir par trois fois au cours de l'audience sur le contenu d'un fichier contenant des propos très contestables (c'est mon avis) mais qui n'a jamais été envoyé. Ne peut-on admettre qu'un disque dur puisse contenir des documents de nature personnelle et destinés à alimenter sa propre réflexion ?

Dans la mesure où il n'y a pas passage à l'acte, chacun a le droit d'avoir ses pensées intimes, aussi violentes soient-elles. Ne peut-on considérer qu'un écrit personnel, un fichier, puisse être le prolongement de cet intime sans que cela ne soit répréhensible ?

De même, dans quelle mesure des échanges de mails peuvent-il être condamnés pénalement s'ils ne se concrétisent pas ? Est-il acceptable de maintenir quelqu'un en détention durant 30 mois sans jugement et sans qu'aucun fait nouveau ne vienne appuyer ce maintien en prison. Rappelons-le, dans cette affaire, il y a un seul prévenu et pas le début d'un commencement de preuve que quelque chose de concret ait jamais existé. Certes un état de droit doit se protéger du terrorisme, mais à quel prix ? Et surtout quelle est la limite ? Continuons un peu plus dans cette direction, et sous peu il deviendra répréhensible de critiquer l'ordre établi. Les lois d'exception que nous auront acceptées pour "notre bien" nous ferons alors sortir de cet état de droit que nous pensions justement protéger.

Le procureur a requis  6 ans de prison. Le jugement sera rendu le 4 mai.

Dominique Boutigny

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Comité International de Soutien à Adlène Hicheur

Collectif Viennois de Soutien à Adlène Hicheur

Peter Higgs … dans ATLAS et CMS … avec le détecteur de muons …

Dans cette note, je vais tenter d'expliquer simplement comment les physicien(ne)s procèdent concrètement pour mettre en évidence une nouvelle particule telle que le bosonde Higgs à partir de l'enregistrement de milliards de collisions enregistrées dans des détecteurs géants tels que ceux qui sont installés sur le collisionneur LHC au CERN. Nous allons voir que cette recherche s'apparente une enquête minutieuse, digne du Cluedo, dans laquelle la collecte d'indices conduira à débusquer le suspect, même si ce dernier est bien caché.

Le premier élément à prendre en compte est qu'on ne cherche pas au hasard. Une particule, même inconnue doit suivre des lois précises. Par exemple nous ne sommes pas  certains que le boson de Higgs existe, mais s'il existe et qu'il est standard, son taux de production et ses modes de désintégrations sont parfaitement calculable dans le cadre d'une théorie (lemodèle standard de la physique des particules dans ce cas), le seul paramètre libre étant sa masse.  De même, dans les extensions du modèle standard telles que la Supersymétrie par exemple, il existe également des bosons de Higgs dont des caractéristiques sont connues.

Les détecteurs de particules ne peuvent pas détecter directement un Higgs, celui-ci a une durée de vie bien trop brève pour laisser la moindre trace directe. Par contre le Higgs  peut être produit conjointement avec d'autres particules et surtout il va se désintégrer de diverses façons en donnant des particules suffisamment stables pour pouvoir interagir avec les détecteurs.

Les grands détecteurs tels que ATLAS et CMS sont constitués d'un assemblage de sous-détecteurs spécialisés. Par exemple, nous allons trouver des détecteurs de traces chargées capable d'enregistrer l'ionisation engendrée par le passage d'une particule dans un milieu détecteurs (gaz ou silicium suivant les cas). Ces sous-détecteurs sont généralement placés à proximité du point de collision des faisceaux. Si de plus on associe un champ magnétique aux détecteurs de traces, il va être possible de distinguer les particules chargées positivement des particules chargées négativement. Le champ magnétique va également permettre de mesurer le rayon de courbure des traces  et ainsi d'estimer l'impulsion des particules.

En allant de l'intérieur du détecteur vers l'extérieur, après le sous-détecteur de traces, on trouve normalement des calorimètres, c’est-à-dire des appareils capables d'arrêter les particules incidentes et de mesurer l'énergie qu'elles déposent. En jouant sur l'épaisseur et sur le matériau qui le compose, le calorimètre pourra soit stopper et mesurer  des particules électromagnétiques peu pénétrantes (photons et électrons) soit des hadrons beaucoup plus pénétrants (pions, kaons, protons, neutrons…). On trouve donc généralement deux calorimètres, le premier électromagnétique et le second hadronique. Ceux-ci sont en principe segmentés afin de fournir une information sur la position de la particule lors de son impact.

À la sortie du calorimètre hadronique toutes les particules ont été arrêtées sauf les muons qui sont encore plus pénétrants et qui peuvent survivre à la traversé de deux mètres de fer. Quelques plans de détecteurs de traces supplémentaires permettront de localiser le passage de ces muons et de mesurer leur impulsion.

Avec tous ces sous-détecteurs, identifier une particule revient à faire un petit jeu de déduction :

• La particule laisse une trace dans le détecteur de traces central, elle est donc chargée. Sa charge positive ou négative, est donnée par le sens de sa courbure dans le champ magnétique.
• Elle interagit peu dans le calorimètre électromagnétique et laisse un gros dépôt d'énergie dans le calorimètre hadronique, c'est donc un hadron chargé. 
• Si par contre la particule ne laisse aucune trace dans le détecteur central, mais dépose beaucoup d'énergie dans le calorimètre électromagnétique, il s'agit très probablement d'un photon.
• Si la particule est chargée (trace dans le détecteur central), qu'elle traverse les deux calorimètres en laissant peu d'énergie et qu'elle est détectée dans les détecteurs de traces externes, c'est qu'il s'agit d'un muon.

Et ainsi de suite…

Il est même possible de détecter l'indétectable neutrino en utilisant le fait que l'énergie doit être conservée ; si le bilan énergétique  des particules détectées laisse un déficit dans une région du détecteur, cela veut dire qu'une particule n'interagissant pas ou très peu avec la matière est passée par là. Il peut s'agir d'un neutrino ou bien d'une particule plus exotique non encore découverte, telle l'hypothétique neutralino, (particule supersymétrique pouvant expliquer la matière noire).

Les informations des détecteurs ne sont pas directement exploitables, il s'agit généralement de signaux électriques (Volts, Ampères ou Coulombs) provenant d'une multitude de canaux de lecture, qu'il convient d'enregistrer, de corriger en appliquant des paramètres d'étalonnage et finalement de convertir en grandeurs physiques (quadrivecteurs énergie-impulsion). Ce traitement se fait via de grands centres informatiques distribués au niveau mondial qui s'échangent les données via des réseaux à très haut débit (c'est le concept de grille de calcul). Les quantités de données à traiter sont énormes ; par exemple le LHC produit environ 15 Pétaoctets de données par an, soit 15 millions de Gigaoctets !

La réponse des détecteurs au passage d'une particule n'est pas uniforme. Afin de corriger les biais instrumentaux, on procède à une  modélisation très détaillée des détecteurs en utilisant des techniques de simulation dites de Monte-Carlo. Le moindre élément des appareillages (matériaux détecteurs, supports mécaniques, boulons, etc.) est modélisé. Ce travail très consommateur de temps de calcul est indispensable afin d'appliquer des corrections aux mesures et de remonter aux processus physiques initiaux de façon non biaisée.

Une fois les collisions reconstruites et converties en un ensemble de données compréhensibles par le physicien de base,  celui-ci procède à des analyses dans le but d'essayer de mettre en évidence tel ou tel phénomène. Pour cela on dispose donc des caractéristiques des particules reconstruites (type, énergie, direction de vol), on peut regarder en détail la zone d'interaction et mettre en évidence des désintégrations secondaires (appelées vertex) signes de l'existence éphémère de particules de courtes durées de vie. On peut aussi identifier des jets de particules, signatures de la matérialisation de quarks ou de gluons.  On regarde encore les flux d'énergie dans les différentes zones du détecteur afin de détecter d'éventuels déséquilibres et ainsi de traquer les particules n'interagissant pas ou peu avec la matière.

En résumé lorsque l'on recherche un phénomène, on essaye de mettre en évidence une topologie particulière. Par exemple, comme illustrée par l'image ci-dessous,l'une des signatures du Higgs est l'émission de quatre muons de grandes impulsions. On cherchera donc quatre traces dans les détecteurs externes.   Il s'agit là d'une signature particulièrement simple. Malheureusement la probabilité (on dit section efficace en physique des particules) est bien trop faible pour que le physicien s'en contente et il faut rechercher d'autres topologies plus complexes telles que le Higgs se désintégrant en deux photons ou encore en une paire de W, ceux-ci donnant deux leptons (électrons ou muons) et deux neutrinos indétectés.

Une collision proton-proton enregistrée dans le détecteur CMS au CERN et présentant toutes les caractéristiques de la désintégration d'un bosonsde Higgs mais pouvant tout aussi bien être due à du bruit de fond.  Source : CERN - CMS.

Chacun des signaux recherchés est dilué dans un bruit de fond plus ou moins important. Par exemple pour le Higgs en deux photons, il existe des quantités de phénomènes physiques qui engendrent des photons, la combinaison de tout ceux-ci va donc donner un bruit de fond combinatoire duquel aura bien du mal à émerger un signal.

Le travail du physicien analyste consiste dans un premier temps à trouver un ensemble de critères permettant de maximiser le signal recherché et de minimiser le bruit de fond. Ce travail d'optimisation se fait généralement en utilisant massivement des logiciels de simulation. Les collisions sont ensuite triées pour sélectionner celles qui ressemblent le plus à la topologie recherchée. À partir des collisions sélectionnées on tente alors de mettre en évidence le signal à l'aide de méthodes statistiques sophistiquées qui tirent parti de toutes les informations disponibles en combinant au besoin plusieurs modes de production ou de désintégration de la particule recherchée. C'est ainsi que l'on aboutit à des graphiques du genre de ceux qui ont été montrés par les collaborations ATLAS et CMS à la fin de l'année 2011 et qui semblent indiquer un excès de signal dans une région de masse de Higgs autour de 125 GeV.

La courbe en pointillée représente la mesure attendue avec une physique standard et en l'absence d'un signal de Higgs. Les bandes  verte et jaune indiquent les zones s'écartant de respectivement un et deux écarts standards de la prédiction et les points correspondent aux données. Toute la région se trouvant en dessous du trait horizontal pointillé, correspond à la zone de sensibilité à un éventuel signal de Higgs. L'excès observé par ATLAS et vu indépendamment par CMS est le petit intervalle dans la zone de sensibilité pour lequel les points de mesure sont au dessus de la bande jaune. Il est clair qu'avec de tels graphes statistiques, on perd aisément le sens physique de la mesure, mais c'est le prix à payer pour tirer le maximum d'information des données.

Résultat présenté par la collaboration ATLAS le 13/12/2011 au CERN et montrant une déviation non encore statistiquement significative dans la région de masse autour de 125 GeV

À la quête des ondes gravitationnelles

La théorie de la relativité générale  prédit que sous certaines conditions, une masse fortement accélérée peut produire des ondes gravitationnelles ; celles-ci se manifestent par une perturbation de l'espace-temps qui se propage à la vitesse de la lumière. L'origine de ces ondes est directement reliée à la masse, tout comme l'origine des ondes électromagnétiques est liée à la charge électrique ou magnétique.  Contrairement à la charge électrique qui existe sous deux formes : positive et négative ; la masse - autant qu'on le sache - n'existe que sous une seule forme (il n'existe a priori pas de masse négative). Ce fait a des conséquences sur la nature des ondes gravitationnelles - on dit qu'elles sont quadripolaires - et sur les phénomènes qui peuvent les engendrer, qui doivent être asymétriques.

Jusqu'à présent les ondes gravitationnelles n'ont jamais été détectées directement, par contre l'observation du pulsar binaire PSR B1913+16 a permis de mesurer précisément et de suivre l'évolution de la période de rotation des deux composantes autour de leur centre de masse. La mécanique classique est incapable de rendre compte du raccourcissement de cette période de rotation au cours du temps, par contre l'application des équations de la relativité générale permet de parfaitement expliquer les mesures par une dissipation de l'énergie du système sous forme d'ondes gravitationnelles. Cette observation a valu le prix Nobel de physique 1993  à Russel Alan Hulse et à JosephHooton Taylor Jr.

La propagation d'une onde gravitationnelle s'accompagne d'une déformation de l'espace.  Il n'y a aucune déformation dans le sens de propagation de l'onde, par contre dans le plan perpendiculaire au sens de propagation de l'onde, l'espace se contracte dans une direction et se dilate dans la direction orthogonale. L'amplitude de la déformation est minuscule et extrêmement difficile à détecter.

Toute masse accélérée de manière asymétrique émet des ondes gravitationnelle, dans la pratique, les effets ne deviennent notables que pour de très grandes masses soumises à de très fortes accélérations. Les bons candidats pour une émission massive d'ondes gravitationnelles sont des phénomènes cosmiques cataclysmiques tels que l'effondrement asymétrique d'une étoile ou la coalescence de systèmes binaires (étoiles à neutrons ou trous noirs). On suppose également qu'il existe dans l'Univers un fond d'ondes gravitationnelles dites primordiales issu de la période d'inflation qui a suivi le big-bang. Il s'agit en quelque sorte de l'équivalent gravitationnel  du rayonnement de fond cosmologique à 2.7 Kelvin qui lui est de nature électromagnétique.

La détection directe des ondes gravitationnelles constituerait une confirmation éclatante du pouvoir prédictif de la théorie de la relativité générale (bien que la mesure de la période de rotation du pulsar binaire PSR B1913+16 démontre déjà très probablement leur existence). Malheureusement cette détection est extrêmement difficile, elle consiste à mettre en évidence la variation infime de la géométrie d'un objet sous l'effet du passage d'une onde gravitationnelle. Si elle possède une géométrie adéquate, une masse test traversée par une onde gravitationnelle va vibrer en se contractant dans une direction et en se dilatant dans la direction orthogonale, la variation relative de longueur est directement reliée à l'amplitude de l'onde. On parle ici de variations relatives de longueur inférieures à 10-22 - 10-23, c’est-à-dire qu'une barre d'un mètre correctement placée, va voir sa longueur se modifier de 10-23 m, soit bien moins que la dimension d'un atome !

Deux types de détecteur ont été imaginés :

• Les barres ou les sphères vibrantes ; il s'agit de masse réalisée dans des matériaux très purs et refroidies à des températures cryogéniques pour limiter l'agitation thermique des atomes. Sous l'effet du passage d'une onde gravitationnelle, la masse vibre un peu à la manière d'une corde de guitare excitée par le passage d'une onde sonore. Tout comme la corde de guitare, ces détecteurs sont accordés sur une fréquence bien précise et seront insensibles au passage d'une onde gravitationnelle de fréquence différente.  Pour mesurer la variation de longueur de la barre on utilise un système capacitif (basé sur un condensateur) ou bien optique, basé sur une cavité résonante de type Fabry-Perot. Voir par exemple la page web de la barre vibrante AURIGA. 
• Les dispositifs interférométriques ; il s'agit d'interféromètres de Michelson c’est-à-dire de dispositif dans lesquels on injecte un faisceau laser qui se sépare dans deux bras disposés à 90 degrés l'un par rapport à l'autre. Des miroirs placés au bout des bras renvoient les deux faisceaux afin de les faire interférer. Le passage d'une onde gravitationnelle faisant varier la géométrie de l'interféromètre modifie la figure d'interférence observée. Afin d'être sensible à de très faibles amplitudes d'ondes gravitationnelles, il faut porter la longueur des bras à plusieurs kilomètres et recycler la lumière de façon à obtenir de grandes puissances lumineuses. L'avantage des interféromètres est d'être sensible à tout un domaine de fréquences. Le défi technologique est immense, car afin d'atteindre la sensibilité nécessaire, il faut réduire au minimum toutes les sources de bruit de fond (bruit thermique, bruit sismique, variation infime de la puissance du laser, variation statistique du nombre de photons interférant, etc.) qui auraient tendance à masquer l'effet recherché.

Vue aérienne de l'interféromètre VIRGO à Cascina près de Pise en Italie

Un réseau d'interféromètres géants s'est maintenant constitué avec notamment le projet européen VIRGO en Italie et le projet américain LIGO composé de trois interféromètres. Après des années de réglage les sensibilités théoriques des appareillages ont été atteintes (ce qui constitue un tour de force), mais aucun signal d'onde gravitationnelle n'a été détecté pour le moment. Les deux projets ont maintenant entamé un programme ambitieux d'améliorations afin de multiplier leur sensibilité par un facteur 10, permettant d'avoir accès à des sources 10 fois plus lointaines. Si elles existent, et peu de physiciens en doutent, les premières ondes gravitationnelles devraient être détectées entre 2015 et 2020, lorsque ces interféromètres améliorés et correctement réglés seront en fonctionnement. Une nouvelle ère expérimentale s'ouvrira alors avec une astronomie observationnelle basée sur la détection des ondes gravitationnelles.

Il existe des projets de détecteurs encore plus sensibles, c'est le cas par exemple du Télescope Einstein (ET en anglais !) qui sera 10 fois plus sensible que VIRGO et LIGO dans leur configuration finale. Il s'agira d'un interféromètre souterrain pour s'isoler des bruits sismiques et ainsi être sensibles à des fréquences plus basses qu'un détecteur en surface. Il  possèdera des bras de 10 km de long, et ses miroirs seront refroidis à une température cryogénique.

Le concept d'interféromètre spatial LISA

Une autre voie est suivie avec le projet LISA en plaçant cette fois l'interféromètre dans l'espace et en portant la taille des bras à cinq millions de kilomètres. Ce projet qui semble relever de la science-fiction est pourtant bien avancé et un démonstrateur nommé LISA Pathfinder doit être envoyé dans l'espace  en 2013. Il s'agira de vérifier qu'il est possible de placer les miroirs en chute libre et de maintenir l'appareillage autour sans contact physique. En d'autres termes, on doit être capable de placer un miroir isolé en orbite et faire en sorte que le satellite se maintienne autour du miroir en asservissant sa position à l'aide de micro-moteurs. LISA est la seule voie possible pour atteindre les très basses fréquences de l'ordre du milihertz. Si les difficultés technologiques sont résolues LISA détectera à coup sûr toute sorte d'ondes gravitationnelles, le challenge consistera  alors à comprendre d'où elles proviennent.

LISA et Einstein devraient voir le jour dans les années 2020 et ouvrir la voie à des avancées physiques passionnantes.


Référence complémentaire :
http://www.cnrs.fr/publications/imagesdelaphysique/couv-PDF/IdP2010/03_Virgo_Laser.pdf

Les coulisses des grandes expériences de physique des particules (2)

Cet article est le deuxième d'une série commencée ici.

Les physicien(ne)s ne manquent pas d'idées, il y a dans les esprits tout un tas de projets plus ou moins embryonnaires, plus ou moins farfelus, afin de mesurer telle ou telle grandeur qui pourrait confirmer ou infirmer telle ou telle théorie.

Le déclic vient souvent d'une idée brillante. Dans le cas des collaborations BaBar au SLAC (USA) et Belle au KEK (Japon), l'idée de génie, proposée par Pier Oddone a été d'imaginer un collisionneur possédant deux faisceaux d'énergies différentes. Cette asymétrie permettait de donner une impulsion aux particules créées lors des collisions ce qui permit de mettre évidence et de mesurer  le phénomène de violation de la symétrie CP dans le secteur des quarks beaux (ou quarks b). De même, la découverte des bosons électrofaibles W et Z n'a été possible que suite à l'idée de CarloRubbia de transformer l'accélérateur SPS du CERN en collisionneur proton--anti-proton, transformation possible uniquement grâce à une autre idée géniale signée Simon van der Meer  qui permettait de créer des faisceaux intenses d'anti-protons. Le vrai génie n'est d'ailleurs souvent pas l'idée elle-même, mais la capacité de la personne qui l'a eu, de la développer jusqu'au bout et d'arriver à la concrétiser.

Un physicien travaille à l'intérieur du détecteur BaBar au SLAC

Lorsque la construction d'une machine est décidée et que les financements sont à peu près acquis il convient de former des collaborations qui vont proposer des détecteurs et un programme précis de physique. Les proto-collaborations sont souvent issues d'un groupe de personnes se connaissant et travaillant depuis longtemps sur une thématique donnée. Elles vont s'enrichir peu à peu de nouveaux collaborateurs jusqu'à devenir viables. S'ensuit une phase passionnante de réflexion, de bouillonnement d'idées afin d'imaginer le meilleur détecteur possible qui soit adapté aux contraintes de l'accélérateur. Cette première phase est menée sans trop s'inquiéter des contraintes budgétaires. On dessine, on réalise des simulations plus ou moins sophistiquées pour vérifier l'intérêt de tel ou tel choix, on discute beaucoup, on s'empaille parfois… et on aboutit à une première ébauche du détecteur idéal avec souvent plusieurs options pour chaque élément. Arrive alors le moment de chiffrer le coût de l'ensemble et de comparer au budget alloué. Généralement le premier jet est trop cher par un bon facteur 2 ou 3. Il faut alors faire des compromis, estimer la dégradation des performances si l'on fait plus petit, moins précis, moins segmenté... moins bien…

À l'issue de cette phase, on a un (ou plusieurs) détecteurs acceptables budgétairement mais possédant encore pas mal d'options, toutes âprement défendues par leurs concepteurs. Dans le cas où plusieurs détecteurs doivent être construits (comme au LHC par exemple), on incite parfois deux ou trois collaborations à se réunir et à proposer un projet commun. Ce sont souvent des périodes difficiles, chaque collaboration tentant de faire valoir l'intérêt de sa propre approche, les choix sont difficiles et les déceptions sont nombreuses.

Parfois on voit émerger des idées assez étonnantes, par exemple lors des réflexions sur les détecteurs LHC, Carlo Rubbia avait proposé de réaliser une énorme boule de fer entourée de plans de détection de particules chargées. L'idée était d'absorber toutes les particules produites dans les collisions et de ne détecter que les muons, seuls capables de traverser la boule de fer. En recherchant des topologies avec quatre muons il aurait été possible d'identifier certaines désintégrations du boson de Higgs.

Il arrive que certains éléments des détecteurs soient très performants sur le papier mais que l'on ne sache pas les fabriquer… Ce fut notamment le cas pour le LHC ou au moment où les collaborations se sont formées, on ne savait pas fabriquer d'électronique suffisamment rapide pour suivre le taux de croisement des faisceaux (25 ns entre les paquets de protons). Il faut alors lancer tout un programme de recherches et développements (R&D en abrégé) afin de réaliser les percées technologiques qui permettront de fabriquer les éléments en question. C'est à ce moment qu'ont lieu des transferts de technologie  de la recherche vers l'industrie et vice versa. Par exemple à la fin des années 90, l'électronique des expériences sur le LHC a grandement bénéficié des développements autour des circuits de télévision haute définition. Inversement l'industrie des matériaux composites a profité de R&D effectuées au moment du LEP et on pourrait citer bien d'autres  exemples de ce genre.

Chaque étape est documentée dans des rapports : les participants aux proto-collaborations signent une expression d'intérêt (EOI), c'est la phase où la future collaboration compte ses forces. Les premières idées sur le design des expériences figurent dans une lettre d'intention (LOI) document de deux à trois cents pages contenant déjà une description relativement détaillée des différents éléments et des options. 

L'un des TDR de l'expérience ATLAS

La dernière phase est formalisée dans un ou plusieurs rapports techniques ou Technical Design Reports (TDR), il s'agit là d'une description très détaillée de l'ensemble du détecteur, de l'électronique, du système d'acquisition, de l'informatique de traitement des données, etc. Ces TDR peuvent facilement compter un millier de pages. En parallèle la collaboration écrit aussi un document très complet sur l'ensemble de la physique accessible au détecteur. Chaque sujet de physique est étudié en détail et les performances du détecteur et des techniques d'analyse sont minutieusement évaluées afin d'estimer la sensibilité du détecteur à tel ou tel canal de physique. Ici encore on parle de documents de plusieurs centaines, voire d'un millier de pages. La rédaction et le contrôle de la qualité de tous ces documents nécessitent une organisation sans faille de la collaboration afin de faire travailler en cohérence des centaines de physiciens et d'ingénieurs.

Toutes les étapes sont évaluées par des comités de revue internationaux dont les membres sont sélectionnés pour leurs connaissances et leur sens critique. Les agences de financement s'appuient sur les rapports pour débloquer les fonds et une mauvaise évaluation lors d'une revue entraine souvent une révision complète des projets et des équipes.

Avant de se lancer dans la construction proprement dite, l'ensemble du projet est segmenté dans des milliers de tâches individuelles qui doivent s'articuler les unes par rapport aux autres. On appelle cela en anglais : un WBS pour « Work Breakdown Structure ». Le WBS permet aussi d'estimer le temps nécessaire à la réalisation des tâches et d'identifier des chemins critiques, c’est-à-dire des ensembles de tâches dont la réalisation va avoir un impact global sur le temps de construction du détecteur. Inutile de dire que les chemins critiques sont scrutés et surveillés comme le lait sur le feu, puisque tout retard sur un élément entrainera un retard global pour la collaboration.

Avec le WBS, chaque laboratoire ou institut participant prend en charge un ensemble de tâches de construction en fonction de ses compétences, de ses centres d'intérêt et des financement qu'il apporte. Il faudra alors que tout soit parfaitement coordonné pour que les milliers d'éléments s'assemblent pour former le détecteur final.

À suivre...

IC434 - Le Cheval de Noël

Un an jour pour jour après l'avoir déjà photographiée, j'ai de nouveau pointé ma lunette astronomique vers la constellation d'Orion et plus précisément sur la nébuleuse de la Tête de Cheval (IC434). Une nouvelle caméra dotée d'un capteur plus grand m'a permis de faire rentrer aussi la nébuleuse de la Flamme (NGC2024) dans le champ de l'image.

L'image de cette année a été réalisée sur deux nuits. La première a permis d'accumuler 32 poses individuelles de 4 minutes avec un filtre sélectionnant la raie H-alpha, caractéristique de l'hydrogène des nébuleuses par émission. Le filtre H-alpha permet de capter des variations ténues de luminosité qui seraient imperceptibles en lumière blanche. La deuxième nuit a été consacrée à l'acquisition de trois séries d'images avec des filtres rouge, vert et bleu qui permettent de reconstituer les couleurs de la nébuleuse. La photographie ci-dessus résulte de la combinaison des différentes séries d'images, représentant au total près de 6h30 de poses.

La grosse étoile entourée d'un halo bleu est nommée Alnitak, c'est-elle qui irradie intensément le gaz environnant et donne naissance à cette magnifique nébuleuse. Les cercles  concentriques autour d'Alnitak sont des artéfacts liés à la constitution du filtre H-alpha et à la saturation du capteur CCD de la caméra.

Crouching physicists, hidden Higgs !

Oui le Higgs se cache, il se cache même bien le bougre ! Après deux ans de traque avec les expériences installées sur le collisionneur LHC au CERN, il n'y a toujours pas aujourd'hui de certitude quand à son existence.

Le 13 décembre avait lieu au CERN un séminaire spécial pour faire le point sur l'état d'avancement de la recherche du Higgs par les collaborations ATLAS et CMS. Inutile de dire que l'attente était grande. L'amphi du CERN était comble et le séminaire diffusée mondialement sur Internet a sans doute été suivi par des milliers de personnes malgré son caractère très technique.

Fabiola Gianotti, la porte parole de la collaboration ATLAS a commencé par saluer la superbe performance de l'équipe en charge du fonctionnement de l'accélérateur, et en effet, les prédictions les plus optimistes ont été dépassées puisque 5.25 inverse femtobarn ont été collectés par le détecteur ATLAS. L'unité est inhabituelle pour des non physiciens, cela représente des milliards d'interactions. Au-delà de chiffres énormes, on comprendra la performance du LHC en sachant que le nombre de collisions enregistrées en deux ans dans lesquelles une paire de quarks top est produite, représente déjà 10 fois la statistique accumulée durant 17 ans par le Tevatron, l'accélérateur le plus puissant au monde avant la mise en service du LHC et qui avait découvert le quark top en 1994.

Ensuite Fabiola Gianotti a montré l'accord quasi parfait entre les nombreuses mesures réalisées par ATLAS et les prédictions du modèle standard de la physique des particules. En effet, dès leur mise en service les expériences sur le LHC se sont attachées à remesurer les paramètres du modèle standard afin de vérifier que détecteurs et procédures d'analyse étaient bien compris. Certaines mesures sont déjà tellement précises que les physiciens théoriciens doivent reprendre leur copie afin d'affiner les prédictions et ainsi de traquer la moindre déviation expérimentale qui pourrait révéler l'existence d'une nouvelle physique.

Bien qu'encore hypothétique, le Higgs dit standard, a des propriétés bien connues, seule sa masse ne peut être prédite par la théorie. On connait notamment ses modes de désintégration et son taux de production dans les collisions proton - proton du LHC. En fonction de sa masse certains modes de désintégrations sont privilégiés. Par exemple à basse masse - en dessous de 130 GeV - le canal privilégié est le Higgs se désintégrant en deux photons. Un peu plus massif, et il faudra  se tourner vers des modes produisant des leptons (électrons, ou muons) accompagnés ou non de neutrinos, ou encore des modes avec des quarks se matérialisant sous la forme de "jets" de particules. Tout ces modes de désintégration coexistent dans des proportions diverses et sont dilués dans un bruit de fond que le physicien analyste s'attache à réduire au minimum.

En fonction du nombre de collisions enregistrées et de la masse du Higgs on peut calculer la sensibilité des expériences à la présence d'un Higgs. Les physiciens cherchent donc à mettre en évidence des déviations par rapport à une hypothèse sans Higgs dans les zones de sensibilité maximale. On peut ainsi exclure des domaines de masse avec un certain niveau de confiance quantifiable, ou bien au contraire observer des déviations plus ou moins significatives.

En novembre 2011, l'analyse combinée des données des expériences ATLAS et CMS était résumée sur la figure suivante :

Extrait de la présentation de Fabiola Gianotti au CERN le 13/12/2011

 La zone de sensibilité se trouve en dessous de la ligne rouge. La ligne pointillée correspond à la prédiction du modèle standard en l'absence de Higgs. Les bandes verte et jaune indiquent de combien une mesure peut statistiquement s'écarter de la prédiction, tout en restant compatible avec l'hypothèse de l'absence de Higgs. Cet écart se mesure en nombre de "sigma", une déviation d'un sigma étant non significative (bande verte), 2 sigma (bande jaune) correspond à une probabilité de 4.6% d'être conforme à l'hypothèse, 3 sigma à 0.27%, et ainsi de suite… pour prétendre à une découverte, on admet qu'il faut que la mesure diffère de la prédiction de plus de 5 sigma, la probabilité que l'effet observé soit dû à une fluctuation statistique est alors de l'ordre de 6 chances pour 10 millions. Les points reliés par la ligne continue noire correspondent aux mesures ; on constate que dans le domaine de sensibilité, les mesures ne s'écartent pas significativement de l'hypothèse sans Higgs, on peut donc exclure tout le domaine de masse entre 141 et 476 GeV à plus de 95% de niveau de confiance.

Avec l'ensemble des collisions enregistrées en 2010 et 2011, ATLAS obtient le résultat suivant qui a été présenté pour la première fois le 13 décembre :

Extrait de la présentation de Fabiola Gianotti au CERN le 13/12/2011

En grossissant la partie à basse masse on observe dans la zone de sensibilité  une déviation de 3.6 sigmas par rapport à l'hypothèse sans Higgs pour une masse voisine de 126 GeV.

Extrait de la présentation de Fabiola Gianotti au CERN le 13/12/2011

Cette déviation est visible dans 3 canaux de désintégration différents (gamma gamma, 4 leptons et 2 leptons / 2 neutrinos). Il faut moduler la portée de ce résultat par le fait que l'excès est vu en scrutant un large domaine de masse, or plus on fait de mesures, plus on a de chance d'observer une fluctuation statistique importante (quand beaucoup de gens jouent au loto, il y a presque toujours un gagnant !) Cet effet est dénommé "look elsewhere effect" ("regarder ailleurs" en français) et peut-être quantifié. Quand il est pris en compte, la signification statistique de la déviation tombe à 2.3 sigma. Parmi les canaux étudiés le Higgs --> gamma gamma est celui dans lequel la déviation est la plus grande (2.8 sigma).

L'expérience CMS a fait la même étude et observe une légère déviation par rapport à l'hypothèse sans Higgs pour des masses inférieures à 127 GeV mais la signification statistique n'est que de 2.6 sigma et tombe à 1.9 sigma en incluant le "look elsewhere effect". CMS n'exclue donc pas un Higgs de basse masse mais son observation est également parfaitement compatible avec une fluctuation statistique.

Le résultat de tout ce travail est donc une indication pour une possibilité d'existence d'un Higgs ayant une masse proche de 126 GeV mais il convient de rester très prudent et d'attendre les résultats de la prise de données de  2012 avec une statistique multipliée par au moins 4 qui devrait être suffisante pour découvrir le Higgs ou l'exclure définitivement. On y verra alors plus clair pour continuer d'explorer la physique du LHC. En tout cas, pour paraphraser Fabiola Gianotti, si le Higgs est vraiment dans cette zone de masse, il sera passionnant à étudier avec plusieurs canaux de désintégration accessibles aux détecteurs. De plus, si sa masse est faible, il est probable qu'un seul Higgs standard ne soit pas suffisant pour assurer la cohérence du modèle standard et cela serait une indication de l'existence d'autres phénomènes intéressants accessibles au LHC, tels que la supersymétrie.