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Particules majeures en mode mineur

p. 85-114


Texte intégral

Introduction

1Daté du 5 juillet 2012, le journal Le Monde cadrait en première page : « Science : la matière dévoilée. Le boson de Higgs, particule manquante pour expliquer l’Univers, vient d’être découvert. Les physiciens du CERN de Genève ont prouvé son existence à 99,9999 % ». C’était, suivant le quotidien, « une nouvelle page de l’histoire des sciences » qui s’ouvrait. À la lecture des annonces publiques, il aurait été aisé de se figurer la « découverte » de la fameuse particule comme un moment de grâce venant satisfaire une longue attente – comme une apparition (Claverie, 2003), la manifestation enfin rendue visible d’une entité fondamentale jusque-là pourtant restée invisible.

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2Ce fait décrit comme magistral – le boson de Higgs existe, on l’a enfin vu –, on le doit au grand collisionneur de particules, le LHC (Large Hadrons Collider). À peine au large de Genève, et au pied de la chaîne du Jura, le LHC, dispositif expérimental le plus grand du monde, s’étend sur 27 kilomètres, à cent mètres sous terre. Invisibles à l’œil nu, des particules y circulent en deux faisceaux à double sens et s’y collisionnent à 99,9999991 % de la vitesse de la lumière, effectuant 11 245 fois le tour de l’accélérateur par seconde et entrant en collision quelques 600 millions de fois par seconde. Dans la littérature particulièrement prolifique qui décrit le collisionneur et liste ses innombrables atouts, l’exploit technique est communément relayé par une ambition scientifique tout aussi magistrale : le LHC, en offrant l’opportunité d’un « voyage dans la structure la plus profonde de la matière », a pour mission « la découverte des lois fondamentales qui régissent notre univers », et doit permettre même d’élucider « les premiers principes qui ont gouverné sa formation ». Impossible de ne pas se sentir concernés – et aussi délicieusement débordés… – par ce qui se passe ici, d’autant moins depuis que la machine semble avoir rempli ce pour quoi elle a été conçue : la découverte du boson de Higgs.

3Pour expliquer l’extraordinaire implication de la physique et des physiciens dans nos sociétés actuelles, l’anthropologue américaine Sharon Traweek recourrait déjà, dans son étude comparée des laboratoires de physique des particules qui date du milieu des années 1970 (Traweek, 1986), à au moins deux types de raisons très différentes : l’organisation, d’abord (la faculté des physiciens à s’organiser en communautés d’intérêt larges, aisément représentables devant les instances de décision internationales) ; « le pouvoir émotionnel de la cosmologie » (Ibid., p. 2), ensuite, qui confère aux physiciens, comme aux non physiciens une aura digne de héros prométhéens en quête de la vérité sur les mystères de l’univers : les physiciens

« donnent des nouvelles d’un autre monde : caché mais stable, cohérent et incorruptible. […] L’échelle et le coût extraordinaires de la plupart des équipements de physique viennent renforcer la valeur culturelle [de ce gospel]. Les grands accélérateurs, par exemple, sont comme des cathédrales médiévales : libres des contraintes d’une analyse en terme de coûts et bénéfices » (Ibid.).

4Le LHC comme cathédrale des temps modernes : il fallait bien cela pour accueillir l’apparition du boson de Higgs, autrement nommé « la particule de Dieu »1… L’image de la cathédrale est récurrente, et circule même parfaitement bien entre les physiciens, les ingénieurs, les chefs de chantier, les journalistes et les sociologues. Comme ses consœurs médiévales, le LHC offrirait un moyen de se connecter sur l’immensité et les mystères de l’univers, d’accéder à quelque chose qui nous dépasse largement et qui pourtant nous contient – l’expression moderne d’une transcendance. Mystère, transcendance, complétude : la littérature révèle des processus d’ontologisation particulièrement intenses qui pourvoient les particules, qui se meuvent dans le LHC, d’une charge forte – c’est le mode majeur des particules. Que voit-on, cependant, si l’on s’approche des particules et que l’on cherche à observer et à décrire la manière dont elles se rendent et sont rendues présentes ?

5Venue au CERN pour comprendre à quelle échelle se situer pour éprouver (au double sens de sentir et de mettre à l’épreuve) que ce qui se joue au LHC compte pour nous, pour comprendre, au-delà encore, ce qu’il faut pour qu’une image du cosmos tienne, je rencontre des physiciens mais aussi des géomètres, des métrologues directionnels, des membres du service de l’environnement, des juristes même. Volontairement, je choisis d’appréhender ces questions par le dispositif technique lui-même (son échelle, la gestion de son échelle) plutôt que par la physique et les particules – par l’instrumentation plutôt que par l’expérimentation ou la théorie (Knorr Cetina, 1999 ; Roy, 2010). Alors, à la place de l’éloquence – qui vient et sied naturellement au dispositif expérimental le plus grand du monde –, je vois, en me situant au niveau du sol, quelque part entre cosmos et particules, de menues actions s’accomplir ; j’observe des tressaillements machiniques et des vibrations infinitésimales ; j’entends parler de précisions défaillantes, de respirations subtiles. Tout autant qu’il est décrit comme une œuvre de très haute technologie requérant, du fait de son échelle et de sa complexité, de penser la pratique scientifique en termes de « chaîne de production » ayant le cosmos comme horizon, le LHC peut être décrit comme un « complexe symbiotique » (Beech, 2010), une entité qui se pare, au gré des interlocuteurs, des propriétés d’un quasi-vivant (Grimaud & Paré, 2011). Ainsi reconnaît-on que « la machine » bouge, qu’elle a ses propres pulsations – on dit même parfois qu’elle respire, plus souvent qu’elle se dilate ou se rétracte, qu’elle monte ou qu’elle descend –, et s’efforce-ton, chaque jour, de connaître un peu mieux ses points forts et ses points faibles. Le LHC apparaît ainsi comme un organisme vivant que la très grande majorité des physiciens et ingénieurs essaie de maintenir coûte que coûte dans un état stable. De cette stabilité dépendent deux choses fondamentales : la production de faisceaux « propres » et « beaux » (qui rendent visibles quelque chose) ; et, découlant de ces faisceaux, la possibilité de pouvoir toujours distinguer ce qui relève du « bruit de fond » et ce qui relève du « signal » – voire de « l’événement ». C’est la bonne maintenance de ces conditions qui a permis de « voir » le boson de Higgs, particule « traquée »2 depuis 1964 qui finit de remplir le « puzzle » de notre univers.

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6L’objectif de cette contribution est de mettre en regard mode majeur et mode mineur des particules, et de décrire comment, intimement, ces deux modes s’articulent dans la pratique de ceux qui travaillent avec, autour de et sur la machine. Il s’agit de rendre manifestes les oscillations d’intensité de présence auxquelles se prêtent les particules, en faisant état des situations qui m’ont fait approcher, partant de la machine elle-même, les particules.

BEAM 1 ET BEAM 2 – OU DE LA DIFFICULTÉ D’ÊTRE TROIS

7Il est 23h, je m’apprête à prendre le shift de nuit avec Georges-Henry et Laurette au Centre de Contrôle Central du LHC. Aux quatre coins de l’immense salle, des îlots formés d’un quart de cercle par une lignée d’ordinateurs montés d’un ou deux écrans. Au haut de ces îlots, de grands écrans affichent des mesures. On a un îlot pour les injecteurs, un îlot SPS, un îlot qui gère l’eau, l’électricité et la cryogénie, et un dernier îlot LHC. Dans chacun des îlots, deux personnes tiennent leur tour de garde.

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8C’est l’heure des passations, l’équipe précédente débriefe celle qui s’apprête à prendre son quart de nuit. Ils s’assoient tous les 4 en cercle, Laurette et Georges-Henry écoutant attentivement le hand over. De ce premier échange, je ne comprends rien, à peine la langue qui est parlée, un mélange très fondu de français et d’anglais. Il est question de random, de cleaning. C’était sur Beam 1 ? Ils ont essayé de trouver la cause pendant une heure, ils ont fait un roll back. C’est visiblement la cavité qui a des problèmes. J’entends que ce problème, dont on n’identifie pas complètement la cause, empêche de « partir en physique ». Les coordinateurs n’étaient pas d’accord, certains n’ont pas voulu risquer de compromettre un test de physique. J’entends beaucoup « remplir ». J’entends deep de life time, qui sonne aussi comme un problème. Ce sont les « mêmes symptômes » qu’il y a quinze jours, et cela concerne la même cavité, fait remarquer Laurette. Pour compléter le tableau de ce qu’il est advenu dans les heures précédentes, la jeune femme dit que :

« plus ou moins en même temps, on a perdu des BLM parce qu’on a perdu la REV. Donc on a décidé d’avorter et de faire de la physique. On a aussi des problèmes pour injecter. Dans l’avant dernière injection de faisceau, on a eu des oscillations ».

9« Tu peux les reseter [reset] ? On avait des instabilités PS ». « La semaine dernière », commente Laurette, « on avait 60 % de perte. Mais avec 60 % de perte, le IQC était vert. On était en warning sur le ring, mais en vert sur le IQC ! » J’entends aussi : « On a séparé les beams… manuellement, doucement, petit à petit ». « Moi, dit Laurette, je préfère nettoyer et être en stable beams ». La jeune femme de l’équipe précédente poursuit : « après une heure de stable beams, les soucis sont revenus…. Tu vois le drop dans la luminosité »… Alors « qu’est-ce qui s’est passé ? », interroge Laurette. « Je pense qu’on a eu du bruit injecté par la cavité 1. On a réussi à améliorer le lifetime du faisceau, par contre le bunch n’a pas aimé ».

Est-ce que ça peut être dû au fait que la cavité ne marche pas ?… peut-être une coïncidence …
… et donc là vous avez laissé …
Nous, dit Laurette, c’était Beam 2 qui souffrait hier…. J’arrivais pas à remonter Beam 2, alors Georges-Henry m’a dit « descends Beam 1 » !
… et 40 minutes après… alors je me suis dit… alors j’ai appelé Philippe et John qui sont dans le A4. Ils suspectent le même problème que d’habitude, le noise …
Ce n’est pas permanent ?
Non, ça part et ça revient …
Philippe, qu’est-ce qu’il a dit ? On ne touche à rien pendant qu’il est là ? If we loose it during the night, what do we do ?
Physics, until 8h30 …
We refill if we loose it… With the same intensity…

10L’échange parfaitement décousu que je saisis est intriguant. J’ai le sentiment que plein de choses se sont effectivement « passées » et que la veille précédente a été forte en rebondissements. Je n’ai rien compris sauf que des problèmes, en partie seulement identifiés, ont obligé à reconfigurer l’agenda des opérations. Tandis que l’équipe précédente s’est éclipsée et que la nouvelle prend possession des ordinateurs et des écrans, je demande des éclaircissements sur certains points. Le roll back désigne l’opération qui consiste à revenir en arrière, en particulier à la version précédente [de la machine, de son paramétrage]. Les experts RF [radio-fréquence] travaillaient dans les cavités en prévision des études machines, il s’agissait pour eux de déployer de nouvelles fonctionnalités. To roll back, c’est s’assurer que ces déploiements ayant été testés, les paramètres de la machine sont remis dans leur précédent état. « Remplir » est l’opération qui consiste à injecter les faisceaux de protons dans la machine. Quand la machine est pleine, on a un fill. Philippe, qui est avec nous par contact téléphonique régulier jusque vers 1h30 du matin, est un expert qui intervient en surface. Notamment, pour le moment qui nous préoccupe, dans la « cavité », ou cavité accélératrice, qui maintient le faisceau, ce sont les endroits où on accélère le faisceau. Il y a quatre modules répartis sur le ring. Le problème est au point 4. Le cleaning se fait grâce aux collimateurs, qui sont comme de grosses mâchoires qui rapprochent toutes les particules déviantes. Alors que je redemande quelques explications à Georges-Henry, il m’emmène dans le hall d’accueil devant la carte générale des installations qui accueille les visiteurs. Les dipôles pour courber, les quadripôles pour concentrer et focaliser le faisceau. Un bunch, c’est un paquet de particules. Certaines particules ne collisionnent pas, d’autres collisionnent une fois, d’autres encore deux fois, d’autres trois. C’est l’injection team, qui nous fait face dans l’îlot, qui contrôle ce paramètre en décidant où on injecte les paquets, à quel moment, et cetera. Les paquets injectés au début sont comme des tests, ce sont des pilotes. « La nuit », me dit George-Henry, « c’est très rare qu’on essaye de nouveaux équipements, on fait plutôt de la physique. Là ils voulaient essayer quelque chose de nouveau sur la cavité qui n’a pas marché ».

11Installée devant ses moniteurs, Laurette commente : « Avec un peu de chance, c’est la même nuit tranquille qu’hier ». Dans les îlots, il y a des opérateurs, et des shift leaders. Le shift leader, c’est celui qui prend la responsabilité de la machine le temps du shift. Laurette veille maintenant sur les écrans.

« Chez LHCb, ils veulent moins d’événements, donc on va rapprocher les faisceaux petit à petit. Ils veulent un événement par bunch. D’ici [de cet îlot], on a le contrôle du faisceau. C’est nous qui pouvons prendre la responsabilité de ne pas leur donner ce qu’ils veulent, si on estime que c’est trop dangereux par exemple ou que ce n’est pas le moment, la priorité ».

12Une autre opération est le leveling, qui consiste à bouger les niveaux du faisceau. « Comme on a eu un problème de fluctuation du vide, on ne fait pas le leveling en automatique, ce qui est aussi possible, là on confirme chaque step, on le fait en manuel ». « Qu’est-ce qu’on fait, demande Laurette, on améliore le life time de Beam 2 ? »…

13Les équipes de nuit se retrouvent autour de la grande table centrale où sont encore quelques restes d’une petite fête organisée par LHCb pour fêter un objectif atteint. On sert des jus d’orange et on se partage le tiramisu. Nous sommes une petite dizaine. L’ambiance est intimiste. Je me présente. Chacun y va de ses quelques mots sur son îlot. De retour à notre poste dans l’îlot LHC, Laurette compare : dans l’îlot en face, les injecteurs.

« Nous on remplit toutes les dix ou douze heures. Le SPS, ils sont sur des opérations à la seconde ; et pour les injecteurs, c’est un rythme de dix minutes environ. Pour remplir, il nous faut vingt à vingt-cinq minutes dans les conditions optimales. Mais en une demie heure, la machine peut beaucoup bouger, on a notamment une dérive du champ magnétique. Donc les rythmes des opérations sont très différents d’un îlot à l’autre. S’ils se plantent à SPS, c’est oublié la seconde suivante, ils peuvent rejouer les choses très vite, rectifier. Nous, ça prend 3 heures pour relancer les choses, il vaut mieux ne pas se planter ! »

14À cette échelle de temps, beaucoup de choses peuvent jouer et faire des différences. « Les paquets qui arrivent dans le LHC sont frais », me dit Laurette, « ils ne voient pas la même chose que ceux qui ont précédés et qui ont déjà vu des choses. Et puis les protons n’aiment pas tellement restés les uns à côté des autres, donc le paquet a tendance à grossir ». Un faisceau, c’est 1380 paquets. On compte aussi en train, il y a des trains de 144 paquets, des trains de 72 paquets. « Et ils produisent des effets dynamiques différents, ils vont avoir une granularité différente. Mon objectif, explique Laurette, c’est de garder des caractéristiques stables sur l’ensemble du faisceau. Le trim sert à ça justement, à ajuster au maximum, à anticiper l’évolution naturelle des paramètres. Le trim consiste à changer les valeurs, les « ajuster » c’est, explique Georges-Henry, « le coup de ciseaux du coiffeur »…

« Maintenant que la machine a de la maturité, on a du feed-back. On travaille avec ce feed-back pour essayer de garder les paramètres les plus constants possibles. Mais à chaque fois on se pose la question “est-ce qu’aujourd’hui est un bon jour ? Pas un bon jour ?”. Tout ça va dépendre de l’historique, de ce qui a été fait comme cycle magnétique avant par exemple. Et puis ce n’est pas pareil d’injecter au bout de deux heures ou au bout de cinq heures. On regarde ce qui s’est passé dans les vingt-quatre heures, “il s’est passé ça, je peux m’attendre à avoir ça comme problème”. Le vide aussi, par exemple, c’est du tâtonnement. On a été mis en collision, mais on a eu trop de perte de faisceau, alors le système coupe, c’est un interlock, et on a relancé. Et dans un cas de figure comme celui-ci, nous, on a essayé d’aller plus doucement au moment d’injecter, ça détériore certains aspects du faisceau mais ça permet de survivre… C’est comme tous les pilotes, on a toujours le même circuit, on a toujours les mêmes voitures, mais il y en a un qui gagne… Avec les autres binômes, on a une check list commune, on a 90 % en commun, mais après on a chacun nos préférences. On échange pendant le turn over, on essaye d’homogénéiser les réactions. Quand on a eu un problème avec la radiofréquence, il a fallu retracer ce qui avait été fait, à quel moment, c’est important. Il y a toujours un certain nombre d’actions possibles, donc on transmet ».

15Ce dont Laurette me dresse le schéma compte une part d’aléatoire (on ne contrôle jamais tous les paramètres) et une part de savoir-faire qui peut faire l’objet d’une transmission. C’est dans cette seconde partie que se situe clairement la part de critiques sensibles dont je suis témoin au moment du hand over à 23 heures. Sans que je comprenne alors de quoi il s’agit, une personne est nommément tenue pour plus ou moins responsable de l’un des problèmes constatés. Comme je le comprends plus tard, plus que d’attribuer une responsabilité, il s’agit d’effectuer des corrélations, suivant le terme même utilisé maintes fois au cours de la nuit, entre des séries de choses (la présence répétée de telle personne aux manettes de telle machine et des problèmes récurrents sur le faisceau par exemple).

16Moi qui cherchais du relief dans l’univers plat qui dessine communément en droite ligne la relation du cosmos et des particules, me voilà servie… Les différentes opérations articulent des paramètres sur lesquels on peut plus ou moins compter, une histoire et une mémoire, une volonté de transmettre, etc. Pour le remplissage, l’opération qui consiste à « mettre en collisions », la procédure est très standardisée.

« L’année dernière, quand on a monté en intensité, on a travaillé beaucoup sur l’ordre des séquences. La bonne nouvelle, c’est que tous les incidents qui devaient avoir lieu ont eu lieu. Mais les erreurs n’ont jamais été commises qu’une fois. Donc on apprend ».

17Pour illustrer ce dont nous parlons, Georges-Henry me montre, de son ordinateur portable, une vidéo à visée didactique, conçue pour une école de physique en Afrique : c’était pour expliquer ce qu’on fait, le détail de toutes les procédures. Parce que là on ne touche pas beaucoup à la machine, mais quand on remplit… c’est autre chose…. Et dans le lot de ce qui peut faire une différence, il y a le fait d’avoir participé ou non à la période de démarrage. « Ceux qui ont vécu ça vont avoir tendance à remplir step by step pour aller en collision. Alors que ceux qui viennent d’arriver vont être moins sensibles à ça, ils n’ont pas vécu toute la période de tests, les instabilités ». Peut également faire une différence le fait de « venir de l’expérience », être physicien, ou être ingénieur – « moi, dit Laurette, je suis côté machine ». Après il y a aussi les impondérables. Comme vendredi il y a quinze jours, un câble électrique a brûlé et c’est l’injecteur qui a sauté. Et il y a un mois, au cours de travaux réalisés sur le réseau, un technicien a donné un coup de pioche sur un câble. « Le monsieur s’en est bien sorti, il a eu beaucoup de chance, le coup a porté entre la terre et le câble. Mais là, la machine, elle n’a pas aimé… »

18Et tandis que le temps passe lentement… tandis que rien ne se passe de tous ces événements possibles susceptibles d’advenir à tout moment… Laurette et Georges-Henry continuent d’évoquer ces nuits qui « ne sont pas les mêmes », des nuits où on doit faire trois injections, ce n’est pas la même chose ! On peut avoir des pics de vide, des phénomènes complètement aléatoires pour lesquels il n’est rien qu’on ne puisse faire, on perd le faisceau sans comprendre. On essaye des choses, on réduit l’intensité, mais « des fois, ça ne passe pas ». Georges-Henry et Laurette notent, comme pour eux-mêmes, que « c’est beaucoup par séries ».

« Quand un équipement commence à avoir une défaillance, on va en avoir par séries. On a eu une série d’alimentations qui claquaient, maintenant on a une série avec des problèmes de vie du faisceau. On a eu aussi une série avec les kickers, les aimants rapides qui servent à l’aiguillage, et qui ne kickaient plus – et “là, bizarrement, on n’en entend plus parler”. On a eu aussi la série des UFO, pour “Unindentified Falling Objects” ouUnindentified Fast Objects ”, c’est selon, on dit l’un ou l’autre. On avait comme des petites bulles qui tombaient sur les faisceaux qui induisaient des pertes très rapides et les faisceaux disparaissaient. Et personne n’a jamais compris ce que c’était. Il y a eu plein de tentatives d’explication et de manips pour tenter de les reproduire. Ça pouvait être de la poussière, on n’a jamais vraiment trop su. Il y a eu aussi une période où la radiofréquence avait des arcs. Quand on pousse la machine, diagnostique Laurette, ça met en limite un certain nombre d’équipements. La semaine dernière on n’avait pas de pics de luminosité et on n’arrivait pas à garder le faisceau dix heures de suite. Alors que là, cette semaine, on tient très bien les fill. En remontant la chaîne, on s’est rendu compte que c’était un problème à l’injection dans le PS. Ça suivait une période où on a eu les problèmes avec le vide… Dans ces cas-là, où les séries se suivent, c’est difficile de distinguer les effets, si on n’est pas exactement aux mêmes paramètres. Il y a les paramètres faisceaux mais aussi, comme on en a parlé, les différences entre les équipes. À chaque fois ce sont des combinaisons différentes et à la fin, ce n’est jamais si reproductible que cela. Par exemple, mon truc à moi, ma psychose, c’est d’avoir une homogénéité dans les bunchs. Ce n’est pas très scientifique, mais je préfère prendre le temps à l’injection pour avoir des paquets homogènes. C’est d’expérience ».

19Quand, comme cette nuit, rien ne semble vouloir bouleverser l’homogénéité et déstabiliser les stable beams, « on a une seconde activité », quand il n’y a rien à faire on part sur le second job. « Mon second job », explique Laurette,

« c’est précisément de travailler sur la séquence d’actions à faire. On a un espace commun à partager, on cohabite à quatorze dans le même îlot. Donc il faut éviter de faire les choses à la main, autrement c’est trop difficile de transmettre. L’idée est de définir les actions techniques à enchaîner, leur ordre optimum. Et moi, même s’il n’y a pas grand chose à faire, j’aime bien observer, observer le temps d’optimisation entre deux levelings, faire des corrélations, regarder régulièrement les niveaux de perte. Ça aide à comprendre s’il y a un dump après. C’est ma façon d’apprendre, observer le faisceau. C’est comme vous, l’anthropologue. Sauf que moi, l’idée c’est d’observer les autres pour essayer d’homogénéiser. Je veux voir comment le faisceau réagit à telle situation. Qu’est-ce qui fait qu’on a, aujourd’hui, un faisceau qui perd plus que l’autre. Voir quelles actions on peut faire pour améliorer le faisceau. Ce qu’on peut tenter. Mais quoiqu’il en soit, c’est toujours le faisceau qui a le dernier mot. Le papier peut dire que le faisceau doit faire ça ou ça, si la machine ne veut pas… c’est mon côté technique ».

20Puis retournant aux commandes : « On va commencer l’optimisation pour LHCb, ils nous l’ont demandé toutes les trois heures, on y est. On va essayer d’envoyer une petite correction quand même ». Sur l’un des écrans, Laurette consigne sur le Note Book les opérations qu’elle effectue. Sur un écran en hauteur, il y a un agenda qui donne le planning prévisionnel de la semaine. « Ils » ont pensé alterner les MD [« Machine Developments », qui consistent à pousser un peu les paramètres de la machine] et la physique. Ça, c’est précisément ce qui est discuté dans les meetings à 8h30. « Mais moi », argumente Laurette, « je trouve que ce n’est pas optimum d’alterner comme ça, on a toujours des surprises avec les MD. La machine, elle aime bien ronronner, elle n’aime pas trop quand on change les rythmes comme ça… Quand on est en MD, nous on fait du beam sitting, on ne touche à rien et il faut juste tout enregistrer pour pouvoir revenir aux conditions après ».

21Nouvelle assemblée sur la table centrale. Il est 4h30. Fabio, de l’îlot Injection, est allé chercher une bouteille de champagne qui restait de la fête. Nous buvons, trinquons au LHCb, mangeons des cacahuètes. On parle des patrouilles dans les tunnels. Ce sont les opérateurs qui ont également à charge de s’assurer qu’il n’y a personne dans les tunnels au moment des expérimentations, des tests, après les arrêts. Et donc les opérateurs sont aussi des patrouilleurs. Chacun raconte un souvenir, une émotion à descendre. Laurette, intarissable, raconte le jour – la nuit – où elle s’est fait peur dans le tunnel, son binôme avait dû partir et elle s’est retrouvée seule à courir dans le tunnel pas loin de la cryogénie qui faisait un bruit de bébé qui pleure… À la liste déjà longue des événements qui peuvent advenir et sur lesquels les opérateurs n’ont pas beaucoup de contrôle, l’un des membres de l’îlot Cryogénie dit qu’on peut également avoir un problème quand un faisceau dévie et vient taper sur de l’électronique. On cherche en riant des corrélations, le beam qui dump au moment précis où le réveil de l’un a sonné, chez lui ; la fois où il y a un dump subit au moment même où une telle, prenant la relève après un shift, pose tout juste ses fesses sur sa chaise… Nous sommes plusieurs à sortir de la salle – pour la première fois de la nuit, en ce qui me concerne… – pour ranger des plats dans la cuisine et nettoyer la table. Il est 5h40. Lorsque je reviens, « tout a sauté, on a perdu la com ! ». Sur les écrans, Beam 1 et Beam 2 annoncent « zéro » là où, quelques minutes plus tôt, ils affichaient imperturbablement 1380…

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22Sur les différents écrans, des mesures se mettent au rouge un peu partout… C’est l’affolement ! À LHC, on cherche tout de suite quelle peut être la cause de ce down. Laurette annonce tout de suite « la cryo en a pris un coup, on n’aura pas le temps de reremplir… »… à un moment où tout le monde se félicitait, coupe de champagne à la main, du confort d’avoir un beam « stable comme ça » ! « L’événement initial » est diagnostiqué en RBA78. Il s’agit d’un main dipole. « Là, c’est du hardware, c’est une casse mécanique. L’expert est en train de regarder ce qui s’est passé ». Sur un écran qui diffuse en instantané des messages à l’ensemble des expériences et sur l’ensemble du site, Laurette écrit : « No beam before 8h30 ». L’équipe suivante commence à arriver… Poursuivant le jeu des corrélations : « Bon… qui a ouvert sa porte de garage ? » Laurette passe à côté, dans l’îlot Cryo « Ouh là… c’est bien rouge… ». Le téléphone sonne. Des différents centres de contrôle des expériences, les physiciens appellent pour savoir ce qui se passe et quand ils pourront « retourner en physique »… « alors que là, ce n’est pas notre premier souci », commente Laurette en aparté. Elle leur explique : « We recover the cryo first, it’s gonna take a couple of hours », une heure pour la cryo donc, et une heure de pré-cycle, c’est ça, on n’aura pas de faisceau avant 8h au moins. Après avoir raccroché : « si l’événement initial est plus grave qu’on ne pensait, il faudra faire un accès ». En attendant des nouvelles d’un expert, Laurette, à son ordinateur, fait une « analyse post-mortem » : sur les trois écrans qui lui font face, elle a un snapshot jusqu’à mille tours avant l’événement, ce qui ne correspond qu’à quelques millièmes de seconde. « Je vérifie la cause et que le dump s’est bien passé » – plus que les causes, pour lesquelles elle est vite désarmée et ne peut aller qu’en hypothèse, elle cherche à prendre la mesure des conséquences pour la machine. « Il faut s’assurer qu’on est en état, qu’il n’y a pas de défaut caché. Je vérifie la trajectoire des particules, les pertes et puis les séquences, c’est-à-dire la mémoire circulaire (les enregistrements automatiques) ». Elle prend un nouvel appel :

« Je fais un reset. Il faudrait en profiter pour faire l’accès tout de suite. On ne sait pas pourquoi elles se sont déclenchées. Ce n’est pas physique, c’est un single event topset. … Là le reset n’a rien fait du tout. J’appelle le Machine Protection Panel, qui vérifie que le système de protection des aimants s’est bien passé. On a confirmation que ce n’est pas physique. Je vais devoir appeler le Quench Protection System, pour vérifier l’état super-conducteur des aimants. C’est eux qui vont déclencher la décharge de l’aimant de manière à ce qu’il ne fonde pas s’il n’est plus en supraconductivité. Je sens qu’on a un accès, George-Henri… »

23Elle appelle quelqu’un d’un autre service, qu’elle réveille. Lui explique ce qu’il arrive, ce qu’on voit s’afficher en orange (au lieu de vert) sur l’un des écrans :

« Il faudrait que tu regardes si toi, tu peux faire un reset là-dessus ou s’il faut faire un accès. La dernière fois que j’ai vu un contrôleur orange là… ce n’était pas bon signe. J’ai un autre aimant, le B32R7, où là je n’ai pas de QPS. Souvent, ce n’est pas bon… Tu penses qu’il faut descendre ?… Tu me reconfirmes ? »

24Nouveau coup de fil, c’est Barbara, la coordinatrice cette semaine, qui était là quand nous sommes arrivés à 23h. Laurette lui explique que Philippe avait justement l’intention de demander du temps avant midi, à la réunion de 8h30, pour faire ses manips sur la cavité, sans faisceau donc. Elle l’informe également qu’il va probablement falloir un accès. Quelques minutes plus tard, après avoir reparlé à la personne du Quench Protection System : « Bon, on fait un accès ». Nouvel appel : « Bonjour, j’aurais besoin de faire un accès dans la machine ». Elle obtient les coordonnées de Régis à qui il est demandé un accès au point 8.

« C’est pour aller faire un reset sur le module TPS… Ah oui il faut arriver avant les horaires officiels, là le LHC est en panne ! Oui il faut aller chercher votre vélo, c’est en cellule 32, en plein milieu de l’arc. Vous y êtes dans quarante minutes, ok, à 7h20. »

25Pas très motivé, le piquet (la personne d’astreinte, qui doit être là dans l’heure)… Il faudra rappeler pour vérifier qu’il est bien parti… Fabio, de l’îlot Injection, commente : « Donc vous partez en accès. Je te prépare le point 8 en injection. » Georges-Henry se met sur le panneau avec les clés, d’où s’effectue le contrôle des points d’accès. « On met en condition safe pour le personnel, en prévision de l’accès ». Sur l’écran à droite du tableau de contrôle, je filme deux hommes qui descendent pour l’accès. La communication avec la machine, avec les protons, avec l’univers et ses mystères, est momentanément interrompue et il faut descendre pour la rétablir.

266h50. C’est le moment du shift. L’équipe du matin, Julie et Lasse, remplace Laurette et Georges-Henry peu avant 7h. J’enregistre le hand over. Avant de partir également, Fabio vient annoncer que le faisceau est prêt, il est là en bleu sur un des écrans, déjà dans l’injecteur à attendre d’être lancé. Les îlots se remplissent doucement. Les membres des équipes, d’autres, parmi les chefs, qui viennent pour la réunion de 8h30, passent déjà par les îlots pour prendre la température du jour. Toutes les personnes avec qui j’ai passé la nuit sont maintenant rentrées chez elles. Barbara est de retour. Un peu plus tard c’est Barbara qui prendra la parole à la réunion. Il est décidé de laisser effectivement du temps à Philippe.

27Cette généreuse tranche ethnographique nous fait entrer sur la scène des particules suivant un point de vue inédit. On le sent bien : il y a comme un hiatus entre le rythme qui a été le nôtre une grande partie de la nuit, le « il ne se passe rien », et l’accélération soudaine liée à ce que je prends pour un événement. Que s’est-il passé ? Le non moins soudain retour au rythme quotidien laisse penser que la rupture des rythmes et les micro-événements constituent précisément le quotidien des opérateurs. Les rythmes de la machine, ses soubresauts, ses dérapages intempestifs, ne sont pas ceux des opérateurs. Au centre de contrôle central du LHC, ainsi, les particules se montrent parfois versatiles, ambiguës, intolérantes, joueuses, comme des êtres dont on ne peut jamais être assuré du comportement. L’appréhension – plutôt que la connaissance – de leur véritable nature dépend également de l’expérience que les opérateurs ont de la machine elle-même chargée d’assurer leur transport (Latour, 1990). Ceux-là, manifestement, conduisent un vaisseau dont la nature de ce qui est transporté (les particules, les paquets de particules, les protons) compte – et que leur travail permet précisément de révéler ou d’exprimer.

HIGGS ET LE CHAMP DE MIEL

28Alors même que je suis à suivre dans leur travail quotidien les opérateurs qui « font tourner la machine », le boson de Higgs reste sur une ligne d’horizon extrêmement lointaine qui ne s’actualise que par à coups sans jamais retenir véritablement mon attention. Incessantes, les opérations de maintenance, de stabilisation, d’homogénéisation envahissent le champ de l’observation au point que les annonces anticipées auxquelles on me prépare parfois tombent tout simplement dans l’oreille d’une sourde. On pourrait objecter que ce que j’ai observé au centre de contrôle central est tout simplement sans commune mesure avec le fait majeur. Les physiciens que je rencontre d’abord me décrivent la charge des opérateurs comme « pas très glamour » : faire les « trois huit » pour « faire tourner le bastringue » ne requière guère plus, de leur point de vue, que d’« appuyer sur un bouton ». Fascinée au contraire par le travail des opérateurs et la sensibilité qu’ils acquièrent, par l’expérience, au mode d’existence si particulier de faisceaux de particules obligés de cohabiter, c’est à peine si j’entends Alexandre, physicien de l’expérience CMS, me conseiller à deux reprises d’être présente à tel à un tel grand mess des physiciens des particules : son enthousiasme ne me convaincra pas de faire le trajet. En juillet 2011, il me recommande ainsi d’assister au colloque qui doit avoir lieu à Grenoble : il devrait s’y passer de grandes choses, prédit-il.

« Les gens de Fermilab [l’accélérateur de particules à Chicago] sont entrés dans la zone de sensibilité [entendons qu’ils ont réduits suffisamment la zone où se concentrent les probabilités d’existence de Higgs] et ils devraient disposer de suffisamment d’événements rares pour annoncer quelque chose… ».

29Lors d’un autre séjour en automne, Alexandre m’incite de la même façon à me rendre à une autre manifestation prévue en décembre : « Il va se passer des choses intéressantes », me dit-il, « ATLAS a des résultats, mais on ne les connaît pas, CMS a des résultats aussi, qu’Atlas ne connaît pas : le 13 décembre, on met tout sur la table, et il se pourrait bien que Higgs ne soit pas très loin ! ». De beaux effets d’annonce auxquels je ne daignerais pas répondre. Ils me font néanmoins comprendre que ce qui se claironne en amont comme une découverte se décrit en aval comme « un événement », ou plutôt une série d’événements.

30CMS est l’une des quatre grandes expériences réalisées sur la base des collisions produites par le LHC. Tout comme l’expérience ATLAS, elle a pour mission de « chercher le boson de Higgs »3. Lorsque nous nous retrouvons au centre de contrôle de CMS, Alexandre explique :

« D’ici, on est prévenu par le centre de contrôle des accélérateurs : “Attention, le faisceau arrive dans trente minutes”. On fait alors un ckeck-up de tous les sous-systèmes et on s’assure que tout le monde est prêt ».

31Alexandre a rejoint l’équipe de CMS en 2004, quatre petites années avant la mise en route du LHC, « à une phase où il y avait encore beaucoup de tests », raconte-t-il.

« Je l’ai vu se monter, en gros. Et je suis entré au CNRS en 2007. Je suis basé ici et rattaché au laboratoire Leprince-Ringuet, à l’Ecole Polytechnique à Paris. J’ai fait ma thèse à Chicago, à Fermilab, sur un détecteur qui fait six kilomètres de long. Je me rappelle qu’un jour, un raton-laveur avait réussi à se glisser dans le tunnel lors d’une intervention, et il a fallu quarante-huit heures avant de remettre tout en route ! »

32L’anecdote rend saillante, en comparaison, la mesure de l’« incident » qui, quelques jours après le démarrage du LHC, le mit hors d’état de fonctionner pendant plus d’une année4

« On a eu effectivement un gros problème en 2008. Le LHC compte les supraconducteurs les plus longs, répartis en huit secteurs. Les bobines sont soudées entre elles… Il y a un courant de douze mille ampères qui passe là ! Et il y a eu un problème sur une soudure, une résistance qui a chauffé, ça n’a pas tenu la puissance qu’on lui faisait passer… En dehors de ce gros problème, on a, quotidiennement, des accès constants. Plus la machine tourne, plus les radiations sont élevées, plus ça prend du temps à chaque accès ».

33Il n’est ainsi pas de moment où l’instrumentation puisse se faire oublier de la physique analytique.

34Formant une pièce de quinze mètres de diamètre et de vingt mètres de long, les éléments du détecteur CMS nécessaires à la captation et à la visualisation des interactions ont été assemblés en surface jusqu’à la fin 2006. « Et à partir de là, on a commencé à le faire descendre doucement dans la caverne expérimentale » – caverne qui est elle-même souvent comparée à une cathédrale. « Et ce qui est incroyable », poursuit Alexandre », « c’est que ça marche ! ». Lorsque le 30 mars 2010, après « l’arrêt technique », ou la trêve hivernale, destiné à paramétrer à nouveau le LHC pour augmenter son intensité, la machine est relancée, Alexandre dit avoir « été très ému par la courbe de croissance du faisceau ». L’événement a à ce point marqué les esprits que lorsque, heureuse, je vois enfin des collisions sur un des écrans de la salle de contrôle, je réalise qu’elles portent la date du 30 mars 2010…

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35Alors que je m’étonne de l’écran qui fait défiler les images de collision vieilles de plusieurs mois, Alexandre m’explique d’abord que la visualisation sous cette forme n’est pas nécessaire à l’analyse, « « nous on travaille sur des données brutes en numérique ». Ceux qui produisent ces images sont liés au DQM, « Data Qualiting Monitoring ». Les gens chargés du DQM sont ceux qui font les visualisations.

« Un événement sur cent est visualisé, à peu près. Ça ne sert pas à l’analyse, mais en même temps, c’est aussi pour rassurer qu’on voie bien des collisions, que les collisions ont bien lieu. On reçoit donc des images de ce type en live, dans la salle de contrôle ».

36Quelques ordinateurs plus loin, à la « console 12 », il y a le tracker, celui qui s’occupe des traces et du détecteur de traces. Plus d’une centaine de millions de canaux électroniques consignent ainsi, sur chacune des expériences, des traces ou des collisions qui sont « monitorées », analysées automatiquement suivant des algorithmes, mises en forme, archivées (Cimmino, 2010). Les collisions font l’objet d’un traitement immédiat ou bien différé, qui compte des opérations de reconstitution et de simulation. Le statut conféré à de telles opérations est, comme l’atteste l’épisode précédent, particulièrement ambigu. Alors même qu’on s’assure ainsi que des collisions ont « bien lieu », on sait aussi que les images n’offrent qu’une vue altérée de ce qui est bel et bien en train de se passer. Les couleurs utilisées dans la figuration servent par exemple à désigner des espèces de particules sans avoir de référent réel. Gian Franscesco Giudice, physicien théorique au CERN, explique que la « couleur » est un terme utilisé en physique des particules pour désigner des espèces de gluons ou de quarks – et de noter :

« Mais il ne faut pas s’attendre à ce que les détecteurs du LHC observent des quarks bleu, rouge ou vert, ou bien des gluons multicolores. La couleur n’est qu’un mot fictionnel choisi par les physiciens pour désigner un attribut des quarks et des gluons, similaire à une charge électrique. Il faut s’imaginer la couleur ici comme une charge de la force forte [strong force, l’une des quatre forces]. Les images qui reconstruisent les événements produits au LHC ressemblent parfois à des peintures de Jackson Pollock, dans lesquelles les traces colorées correspondraient à des particules. Il ne faut pas s’y tromper, cependant : il s’agit juste d’un code de couleur utilisé par le programme de reconstruction numérique, et cela n’a rien à voir avec la “couleur” des quarks et des gluons » (Giudice, 2010, p. 71)

37Au moment précis où Alexandre et moi parlons, le regard sur les écrans de contrôle, les faisceaux de particules sont dans leur phase décroissante, en ramp down. « Dans la journée, normalement, ils affinent, tant que les experts sont là. Nous l’idée, c’est de parvenir à deux cent cinquante millions de faisceaux par seconde ». « Ils », ce sont les gens du Centre de contrôle central. Les physiciens de faisceau.

« Nous, on exploite les collisions. On a des tableaux avec l’identification des particules, un tableau très propre, mais ce qu’on cherche à faire, c’est comprendre les interactions entre les particules, la structure de l’univers ».

38Alexandre et ses collègues disposent déjà d’un certain nombre d’interactions identifiées : l’électromagnétisme, la gravité, la force faible et la force forte, qui constituent les piliers du Modèle Standard.

« Tout ça, on connaît, même si les deux dernières sont déjà plus difficiles à mettre sur le papier. On veut parvenir à comprendre comment certaines particules sont sensibles à certaines forces, d’autres particules à d’autres forces. En fait, on ne connait que quatre pour cent de la structure de l’univers ! Et il y a aussi le problème de l’origine de la matière : on n’a aucune compréhension de cela. On a modélisé un champ de Higgs, le Higgs est partout dans l’univers, il est un des composants de la masse de l’univers. On peut se l’imaginer comme un champ de miel qu’on essaye de traverser, et qui offre une certaine résistance. À mesure qu’on avance, on est plus lourd. On cherche l’origine de la masse du quark, sauf que le quark est instable et se désintègre en d’autres particules. La matérialisation du Higgs, quant à elle, est tellement rare qu’on ne l’a encore jamais vu. On aura démontré son existence par défaut, en quelque sorte. L’idée, dans les expérimentations, c’est de réduire l’intervalle de ses possibilités d’existence et s’il existe, alors on verra une foule d’événements. C’est un modèle extrêmement précis. Mais le seul paramètre qu’on n’arrive pas à fixer, c’est sa masse. Au fur et à mesure, on classifie les collisions, on les optimise. C’est le détecteur qui voit arriver l’événement. Il compte les particules, il regarde l’énergie, la topographie de l’événement, et cetera. Et il opère le tri ».

39La « découverte » du boson de Higgs doit donc être comprise au sein d’une situation dans laquelle on connaît l’existence théorique du boson depuis 1964 – et l’on peut, sur la base d’un modèle théorique ayant sa propre histoire, décrire de manière imagée ses particularités attendues. Au milieu des années 1960, certains physiciens, dont Peter Higgs (à qui le boson doit son nom), Robert Brout, François Englert et d’autres, avaient établi, suivant les lois physiques du Modèle standard, qu’un tel boson devait exister quelque part et qu’il ne restait qu’à le voir – plus précisément : qu’à le détecter. Autrement dit, le boson est là depuis longtemps, on sait de lui qu’il est « une particule instable qui n’existe que pendant une infime fraction de seconde avant de se désintégrer en d’autres particules »5, mais précisément parce qu’il est instable, il est difficile d’obtenir une trace de sa présence. Compte tenu d’une de ses propriétés – son spectre de masse – les physiciens peuvent en revanche prédire que « le boson de Higgs, s’il est détecté, laissera une empreinte unique en fonction de sa masse »6. On a donc les moyens de le reconnaître. Le signal qui fait la une des journaux aujourd’hui est un signal qu’on attendait depuis longtemps, pour lequel on s’était préparé, dont on avait su anticiper les conditions d’existence. 99,9999 % : cela suffit pour que le boson de Higgs change de mode d’existence (Souriau, 2009 ; Latour & Stengers, 2009) et passe d’entité virtuelle à entité réelle (dont la réalité, plus précisément, est attestée par sa masse7).

L’EXISTENCE PONDÉRÉE DES PARTICULES

40Comment se terminent les expériences ?, interrogeait Peter Galison (Galison, 1987). L’annonce de la découverte du boson de Higgs, en juillet 2012, me fit comprendre que j’avais assisté à la clôture de l’expérience sans la voir. Ce dont nous sommes invités à nous réjouir alors, avec la communauté scientifique internationale, relève pourtant d’une situation dans laquelle un signal a été vu, mais un doute persiste – le 0,0001 % restant – sur ce à quoi on a affaire. De quoi relève cette incomplétude ? Et en quoi celle-ci relève-t-elle du mode mineur ?

41Le sociologue des sciences Andrew Pickering nous a appris qu’en physique, « l’expérience est l’arbitre suprême de la théorie. Ce sont les faits expérimentaux qui dictent les théories à retenir et celles à rejeter » (Pickering, 1984, p. 5). Ce sont les faits expérimentaux, les traces recueillies, qui semblent permettre aujourd’hui de créditer définitivement une théorie proposée un demi-siècle plus tôt. Cela tombe bien parce que la théorie menaçait d’être périmée :

« Il est difficile de ne pas s’enthousiasmer, a indiqué le Directeur de la recherche du CERN, Sergio Bertolucci. Nous avions dit l’année dernière qu’en 2012, soit nous trouverions une nouvelle particule semblable au boson de Higgs, soit nous exclurions l’existence du Higgs du Modèle standard. Avec toute la prudence qui s’impose, nous nous trouvons, il me semble, à un croisement : l’observation de cette nouvelle particule nous montre la voie à suivre dans l’avenir pour mieux comprendre ce que nous observons dans les données. »8

42Cet extrait à lui seul ne donne qu’un aperçu de la complexité épistémologique à l’œuvre ici : c’est à présent l’observation de la nouvelle particule qui va permettre de comprendre les données produites pour… la trouver !

43L’histoire du boson de Higgs et de sa découverte nous apprend en outre que les théories ont une durée de vie – plus précisément, que si une théorie n’a pas été démontrée expérimentalement après un certain temps, elle est susceptible d’être abandonnée. On pourra s’étonner davantage encore en prenant l’autre face du problème : la théorie du boson de Higgs a vécu près de cinquante ans, elle a perduré toutes ces années sans qu’on ait une once de traces d’existence réelle… Tandis que la découverte prend des allures de dévoilement, les résultats présentés peu après son annonce, lors d’un congrès à Melbourne9, sont qualifiés de « préliminaires » :

« Ils reposent sur les données recueillies en 2011 et 2012, les données de 2012 étant toujours en cours d’analyse. Ils devraient pouvoir être publiés vers la fin du mois de juillet. Une représentation plus complète des observations faites aujourd’hui se dégagera plus tard dans l’année, lorsque les expériences auront reçu du LHC davantage de données » (Ibid.).

44Ce n’est donc pas comme si le doute s’était levé d’un coup – la découverte n’est pas l’heureuse issue d’une collision spectaculaire – dont j’aurais pu être témoin au Centre de Contrôle Central mais que les circonstances m’auraient fait manquer. L’opération qui a mené à la situation aujourd’hui n’a pas consisté « simplement à repérer des indices révélateurs et à s’écrier : « Eurêka ! », [il s’agissait] d’un processus laborieux d’analyses statistiques, fondé sur les configurations spécifiques de mesures de particules issues des collisions »10. Elle est donc le résultat d’un calcul. Dans les communiqués de presse des deux expériences ATLAS et CMS, il est question d’« indices probants », de « taux impressionnant », d’« excès d’événements », de « signifiance statistique », de « probabilité », d’« excellentes performances », de « niveau de confiance », défini comme « une mesure statistique du pourcentage de résultats positifs attendus dans un intervalle donné » - de 99,9999 % aujourd’hui, donc…11 Et on peut lire des énoncés qui marchent dans les deux sens : « La probabilité pour le bruit de fond seul de fluctuer à ce niveau ou au-delà est d’environ un sur trois millions » (Ibid.) ; et « dans un univers sans boson de Higgs une expérience sur trois millions seulement présenterait un signal apparent de cette force »12.

45Les événements innombrables captés par les détecteurs ont manifestement trouvé une occurrence statistique suffisante pour qu’ils soient dorénavant tenus pour un signal. Dans cette terminologie, l’événement réfère à « quelque chose qui n’est pas clairement identifiable » tandis qu’un signal peut être « identifié ». Florian, physicien travaillant au CERN pour le compte du CEA (Centre d’Energie Atomique), qui a participé au montage de l’expérience ATLAS, m’explique : « Sur l’échelle que les physiciens des particules utilisent pour décrire le degré de certitude d’une découverte, ATLAS comme CMS attribuent la valeur de cinq sigmas à la signification des résultats qu’ils viennent d’obtenir. « Un sigma », rappelle le communiqué de presse lors de l’annonce en juillet, « signifie que les résultats pourraient être la conséquence de fluctuations dues au hasard dans les données ; un résultat de trois sigmas est qualifié d’observation ; un résultat de cinq sigmas est une découverte ». Cette échelle des certitudes, Florian me l’expliquera en ces termes :

« Un sigma, ça correspond à 67 % de chances d’être un signal ; deux sigmas : 93 % de chances ; trois sigmas : 99,7 % de chances. Une autre manière de dire, c’est qu’un sigma, ça veut dire qu’il y a trois chances sur 1000 pour que l’événement ait eu lieu. En physique des particules, on considère qu’on a un signal vraiment significatif à cinq sigmas. Deux sigmas, tu oublies. Quand tu entends “tel signal, il est passé à trois sigmas”, les gens commencent à tendre l’oreille, ça veut dire “celui-là, il n’est pas dans mon modèle”. C’est comme… tu fais une étude sur les fermiers, par exemple. Le pic de ta courbe, c’est la moyenne, un fermier gagne 2 000 euros. D’un côté en redescendant tu auras 1 000 euros, de l’autre 4 000 euros… Et puis là, tout au bout, tu as un fermier qui gagne 20 000 euros, tu commences à t’interroger, comment il peut gagner autant, il a des vaches bios par exemple ? Ton modèle ne marche plus, tu l’avais conçu avec des charolaises… Au-delà de trois sigmas, tu n’es plus dans le modèle. »

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46Florian poursuit :

« On ne va pas chez la concurrence [chez les autres expériences]. Ce n’est pas super pour la pensée d’aller voir ce que font les autres. Et puis on veut être sûrs d’avoir des mesures indépendantes. Par exemple, Fermilab a sorti un signal assez révolutionnaire il y a un mois ; mais l’expérience en face ne voit rien. Ça sert de contrôle. Une manip toute seule, en plysique, ce ne sera jamais considéré comme un vrai signal. Il faut une deuxième manip qui dit “je vois la même chose”, et là on commence à y croire ».

47Afin d’éclaircir les choses, à ce stade de la discussion, parce que je ne comprends pas comment une expérience est censée voir la même chose qu’une autre, je trace sur mon cahier un cercle avec les quatre points d’expérience : Florian complète, là ALICE, là ATLAS, là LHCb, là CMS. Pointant sur l’une ou l’autre, Florian me dit que ce ne sont pas les mêmes collisions ici et là. « C’est comme si on avait un million de Japonais, on travaille sur des paquets de Japonais qui ne peuvent pas être exactement les mêmes ici et là… » Dans le LHC, on envoie des paquets de particules, 2800 paquets dans un sens, 2800 paquets dans l’autre, et les collisions entre les paquets ne sont donc jamais les mêmes aux différents points du circuit. Pour différentes qu’elles soient, les collisions peuvent être traitées statistiquement et acquérir un sens statistique. Comme mes Japonais,

« individuellement ce ne sont pas les mêmes, mais si on renouvelle les observations dans ce paquet-ci et ce paquet-là, on peut finalement attester de quelque chose. Il ne faut pas perdre de vue qu’on parle, dans le cas du LHC, de 40.000.000 de données produites par seconde ! Il faudra dix ou vingt ans pour les analyser toutes. Et à la fin, on espère avoir un ou deux signaux ».

48Si les physiciens sont ainsi capables de quantifier un niveau de confiance sur la base d’excès d’événements, c’est parce que les collisions produites dans la boucle du LHC aux quatre endroits des expériences (ATLAS, CMS, LHCb, ALICE) sont considérées comme « statistiquement équivalentes » : ce sont des collisions protons-protons, lancés à la même énergie et avec la même fréquence… Mais, m’expliquera un physicien théorique du CEA, la philosophie des détecteurs et de ceux qui travaillent sur ces détecteurs est différente… Les détecteurs sont donc, en quelque sorte, des machines à produire de la différence, de la différence infinitésimale. Et ceux qui les construisent, comme ceux qui les manient et qui tournent les boutons, travaillent à faire en sorte que leur détecteur sache faire la différence et « remporte le jack pot ».

49Selon Florian, « il y a bien, au CERN, le couloir des théoriciens, un département de théorie. C’est comme un grand schisme : d’un côté les théoriciens, de l’autre les expérimentateurs. Les premiers construisent des concepts, les expérimentateurs expérimentent pour valider. Les premiers sont des « physiciens qui analysent les données », m’explique-t-on, et les seconds des « physiciens qui font tourner la machine » ou des « physiciens d’accélérateurs ». Ceux-là « s’occupent » de la machine, se relaient et font « les trois huit » pour la « surveiller » en continu. Florian appartient à cette seconde catégorie. Il m’explique que son travail consiste à suivre une partie du détecteur ATLAS pour comprendre comment elle se déforme. Il s’agit de déformations « à très petite échelle », générées par la chaleur dégagée par le dispositif, et qui nécessitent d’être suivies pour que « ceux qui analysent les événements » sachent toujours ce qu’ils sont en train de mesurer. Comme Florian, une très grande proportion de chercheurs ne travaille pas sur ces « événements » ou « signaux », captés chaque jour par les détecteurs, mais sur le fonctionnement des détecteurs eux-mêmes. C’est parce que les paramètres sont innombrables, que les pièces assemblées sont tellement nombreuses, que la précision qu’elles requièrent est infime, qu’« on peut très vite être biaisé », souligne Florian.

« Quand un signal est annoncé dans un meeting, 99 % des gens disent que ce sont des âneries et vont casser le signal en disant qu’il s’agit d’un artefact13. Des erreurs comme ça, on en fait des tonnes ! ».

50Donc : pour qu’un signal soit reçu comme tel, il faut d’abord qu’on se soit assuré qu’il tient tout seul et ne peut être imputé à une erreur de détecteur qui, si subtilement soit-il, n’arrête pas d’évoluer, de se déformer.

51Florian, assis à son bureau, tourne sa chaise vers le tableau blanc dans son dos et commence à dessiner quelque chose :

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52« Voici un trajectographe. Tu le mets dans le champ magnétique, la particule va faire une courbure par le champ magnétique. Si on a une grosse impulsion, la particule part droit, sinon elle va faire ça » – et Florian de figurer au tableau une boucle, comme une boucle de cheveux. Et de poursuivre :

« Le trajectographe est composé d’un aimant et d’un détecteur. Au centre, le ID, c’est un trajectographe. Il regarde la trajectoire. Quand la particule va sortir, elle va être déviée. Plus elle a la pêche, plus elle va aller droit ; plus elle est lente, au contraire, et plus elle va dévier ».

53« Mais là… il faut voir la dimension de ce truc ! », s’exclame Florian. Il complète son premier schéma en dessinant comme des pétales de fleurs que viennent couper trois rectangles : ce sont des chambres à muons, qui portent également le nom très poétiquement équivoque de spectromètres14 à muons… qui font chacune la taille de la pièce dans laquelle nous nous trouvons. En partant du faisceau, la trace va faire une courbure de 0,5mm… « Et comme notre objectif de départ, c’était d’avoir une résolution de 10 % à 1Tev, on se retrouve à trouver comment mesurer cette trace à 0,05mm ! ! C’est comme si on lançait un tout petit objet de ce bout de la pièce », mime Florian en se collant à la vitre :

« jusqu’à l’autre bout et qu’on voulait obtenir une trace de 50 microns ! Pour ça, il faut savoir comment sont les chambres les unes par rapport aux autres. On sait qu’on a les trois chambres… mais est-ce que tu sais où est l’ordinateur par rapport à la table ? Et si tu chauffes en allumant le radiateur, ta mesure va bouger ! Si je fais ça avec mon crayon sur la table, dit-il en l’appuyant sur son bureau, je perds déjà 100 microns ! Là c’est pareil, tu cales les choses, puis tu allumes l’aimant et les chambres bougent joyeusement dans tous les sens de 2mm ! Quand on les a installées, on les a installées avec une précision de 5mm près, c’est déjà beaucoup, c’est comme si on te demandait de garer ta voiture à 5mm près ! Alors on a installé des capteurs optiques sur les chambres, qui suivent les mouvements des chambres. Quand on n’a pas de senseurs, on fait des simulations, on bidouille, mais c’est toujours plus compliqué dans la réalité. Alors plus tu as d’informations, mieux c’est. Il y a comme ça dix milles lignes optiques dans tout le détecteur ».

54Dans un autre coin du tableau, Florian dessine un graphe, des axes de coordonnées. Sur l’axe des ordonnées, on commence à 1Gev, puis 10 Gev, puis 100 Gev, puis 1 Tev, puis 10 Tev… : c’est l’axe de l’impulsion (Pt). À la fin, le LHC va atteindre 14Tev, c’est prévu pour 2014. « Grosso modo les choses deviennent vraiment intéressantes au-delà du Tev. En ce moment, il est à 7 Tev. C’est déjà beaucoup, et au-delà c’est carrément terra incognita… » Avant même de s’engager sur les territoires inconnus, reste la part de l’inconnu, les fameux 0,0001 % restant…

« Il s’agira ensuite de déterminer la nature précise de la particule et son importance pour notre compréhension de l’Univers. Ses propriétés sont-elles celles qu’on s’attendait à trouver dans le boson de Higgs tant attendu, le maillon manquant du Modèle standard de la physique des particules ? Ou est-ce quelque chose de plus exotique ? Le Modèle standard décrit les particules fondamentales dont nous sommes faits, comme toute chose visible dans l’Univers, ainsi que les forces qui les unissent. Il s’avère toutefois que l’Univers visible ne représente pas plus de 4 % environ de l’ensemble. Une version plus exotique du boson de Higgs pourrait nous permettre de comprendre les 96 % de l’Univers qui restent obscurs. »

55Cette part de l’inconnu, c’est aussi la part du doute. Aussi minime soit-elle, cette part confère à la particule un mode de présence singulier dans lequel est inscrite une irréductible indétermination. Dûment formalisée, quantifiée, elle est associée à une connaissance précise mais parfaitement incomplète de ce qui constitue l’univers. Pour Florian, cette connaissance précise est compliquée encore par l’infrastructure et l’échelle du dispositif expérimental qui imposent, en eux-mêmes, une coordination de savoirs extrêmement variés qu’il n’est pas toujours facile d’ajuster. « Quand tu travailles à ce niveau-là », explique Florian,

« … par exemple, la collaboration qui a fait le spectrogramme, c’est quatre cent cinquante personnes, et quinze instituts. Au niveau de l’alignement des chambres, on a été une trentaine au moment du montage. Mais tout ça n’est pas cloisonné, pour aligner les chambres, il faut connaître comment on les a construites. Et puis il faut quand même avoir une vue d’ensemble. Il faut aussi comprendre comment fonctionne l’aimant, parce que c’est lui qui fait tout bouger. Pour savoir où mettre tes lignes optiques, il faut aussi connaître les gens qui dessinent les plans, etc. Au moment de l’installation, j’ai dû connaître cent cinquante à deux cents personnes ! Et sur les quatre cent cinquante, il y a un moment, je les connaissais tous. Dans un village aussi, tu connais vite quatre cents personnes. On a travaillé aussi avec les géomètres bien sûr. La trace qui nous intéresse, on l’attrape ici [à partir des chambres]. Les gens de l’ID, ils ont une autre trace, dans l’ID. Il faut les connaître aussi, parce qu’après ils peuvent te dire “ah votre alignement est mauvais” ! »

56L’annonce pondérée de la découverte du boson de Higgs donne prise à d’autres choses que le traitement statistique : le « niveau de confiance », s’il peut s’exprimer comme une proportion, est également redevable au travail continu entrepris par des corps de métier extrêmement différents qui ont à charge de stabiliser effectivement la machine. Un tel niveau de confiance ne peut être atteint qu’avec un travail de précision à des échelles incroyablement petites (Wise, 1995).

CONCLUSION

57Fort heureusement, peut-être, le temps de l’enquête n’a pas été rompu par l’avènement de l’événement – celui, tant attendu, du boson de Higgs. J’étais bel et bien au-dehors d’un temps significatif – même si l’on s’en est approché par deux fois, le boson n’a pas été trouvé alors que j’enquêtais, et les accélérations inattendues, pour le coup, des neutrinos en septembre 2011 ne sont pas parvenues à enrayer la monotonie des opérations d’intendance, qui sont celles que j’ai suivies15. Aucune particule ne s’est signalée tellement manifestement, aucune ne s’est suffisamment extirpée du bruit de fond commun pour prétendre à la reconnaissance individuelle. Cette monotonie laissait un champ ouvert : celui de la description des conditions de vie des faisceaux – plus que des particules elles-mêmes. Au sortir de l’enquête, cependant, l’annonce de la découverte du boson de Higgs fait passer à mes observations un test supplémentaire : la probabilité que le boson existe à 99,9999 % est suffisamment éloquente pour conforter l’assemblage délicat obtenu par les physiciens théoriques, les physiciens de la machine et les opérateurs. À l’inverse de « l’incident » auquel assiste l’anthropologue Arpita Roy quelques jours seulement après le lancement de la machine en 2008, qui « accentue la différence et la séparation entre les diverses unités ou sous-cultures de la physique des hautes-énergies » (Roy, 2012, p. 303), la découverte de la fameuse particule rend confus le travail des uns et des autres. Cela donne l’impression que des tâches parfaitement routinisées et une maîtrise experte de chacun des corps impliqués ont seules pu être à la source d’un tel effet : la résolution des mystères de l’univers, pris dans sa portion congrue… On aurait tord de considérer que le mode majeur des particules, décelable dans la quête des physiciens, ne correspond qu’à une mise en scène plus ou moins tapageuse de quelque chose qui, après tout, ne les concerne guère. Et on se tromperait tout autant en renvoyant le mode mineur – « tourner un bouton » – à l’intendance quotidienne. Les opérateurs, les physiciens ont probablement tout autant besoin du mode majeur que du mode mineur des particules. Ils vivent dans un monde où la présence fortement assumée et celle faiblement assumée de ce dont ils assurent le transport sont concomitantes. Pour toutes techniques qu’elles soient, les opérations qui consistent à « homogénéiser », « standardiser », « aligner », « pondérer », « stabiliser » rendent compatible la présence d’éléments hétérogènes sur un même plan. Et dans la pratique, aucun principe hiérarchique (entre physiciens et opérateurs, entre physiciens théoriques et physiciens de la machine, entre théorie et expérimentation) n’est susceptible de rendre compte de ces phénomènes d’oscillation ontologique.

58Attendues suivant des modèles théoriques qui anticipent leur mode de présence, programmées par les physiciens qui calibrent les détecteurs, orchestrées par les opérateurs, les particules ont des caractéristiques ontographiques extrêmement denses auxquelles le mode majeur seul, en tout cas, ne peut rendre justice. Dans l’interaction – ou la coprésence, suivant le vocable piettien – avec les particules, les opérateurs déploient des compétences techniques mais aussi sensibles (sans qu’il soit possible de clairement distinguer ce qui relève des unes et ce qui relève des autres) qui leur font considérer le mode d’être en soi de particules appelées à circuler côte à côte dans un tunnel, à être accélérées puis collisionnées. C’est dans l’interaction qu’ils apprennent à être attentifs à des signaux, lisibles dans des corrélations, qui ne doivent pas grand-chose à ceux que mobilisent les physiciens théoriques. Les opérateurs ne travaillent pas pour la cause des physiciens : ils travaillent à produire et stabiliser un faisceau, ils s’efforcent de le maintenir « propre », « durable ». Ce faisant, les instances par lesquelles se signalent les particules ont leur propre logique qui s’ajoute à la logique statistique – celle des grands nombres et des règles claires – utilisées par les physiciens théoriques. Si elle tend à mettre en suspens les oscillations manifestes des particules en célébrant la singularité d’un être enfin révélé, la découverte du boson de Higgs, annoncée à hauteur de 99 %, encaisse en même temps la possibilité, à hauteur du 1 % restant, que les choses auraient pu ou pourraient encore être autrement.

Notes de bas de page

1 L’appellation est en réalité anecdotique : Peter Higgs désignant par l’expression the goddam particle cette entité introuvable, la presse la transformant en God particle.

2 Communiqué de presse ATLAS, 4 juillet 2012, sur le site du CERN.

3 Le LHCb travaille sur l’asymétrie matière/anti-matière, et Alice sur d’autres types de particules comme les ions de plomb.

4 Sur l’analyse de cet incident et les reconfigurations de rythme qu’il induisit, voir (Roy 2012)

5 Communiqué de presse de l’expérience ATLAS, 4 juillet 2012.

6 http://press.web.cern.ch/press/background/B01-Higgs_fr.html, consulté le 10 juillet 2012.

7 « La particule de Higgs du Modèle standard, si elle existe, présente des caractéristiques bien précises qui dépendent uniquement de sa masse. » [CERN http://press.web.cern.ch/press/background/B10-Higgs_evolution_or_revolution_fr.html]. Et ailleurs : « Sans la masse, l’Univers serait bien différent. Par exemple, si l’électron n’avait pas de masse, il n’y aurait pas d’atomes. Il n’y aurait donc pas de matière telle que nous la connaissons, pas de chimie, pas de biologie, et naturellement pas d’êtres humains » (Communiqué de presse CERN 4 juillet 2012).

8 Communiqué de presse CERN 4 juillet 2012.

9 Lors d’un séminaire commun entre le CERN et l’ICHEP (International Conference on High Energy Physics), 4-11 juillet 2012. Les résultats ont été présentés « en personne » au CERN et retransmis en « liaison vidéo temps-réel » à Melbourne.

10 http ://press.web.cern.ch/press/background/B10-Higgs_evolution_or_revolution_fr.html

11 Communiqué de presse de l’expérience CMS, 4 juillet 2012.

12 Communiqué de presse de l’expérience ATLAS, op. cit.

13 Peter Galison distingue « l’effet réel », « l’artefact de la machine » et « l’artefact de l’environnement » (Galison, 1987, p. 139).

14 Un spectromètre à muons n’est pas une machine à mesurer des spectres mais « un appareil destiné à la mesure de la répartition d’un rayonnement en fonction de la longueur d’onde ou de la fréquence »…

15 « Propagation de la monotonie » est le titre retenu par Marc Boissonnade, directeur du centre de culture scientifique F93, pour le projet collectif dont il est l’initiateur. L’expression est empruntée au mathématicien Pierre-Louis Lions.

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