Des scientifiques du CERN utilisent Mathematica pour créer un état de la matière appelé « plasma de quarks et de gluons »

« Le progiciel BeamOptics de Mathematica, qui a été développé ici au CERN, a été le pilier du projet APA depuis le début des activités APA de la division PS. »

Des scientifiques de l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN), à Genève (Suisse), ont récemment créé un nouvel état de la matière appelé « plasma de quarks et de gluons », dont ils pensent qu'il permettra de mieux comprendre l'évolution précoce de l'univers. Selon la théorie, cet état de la matière, (dans lequel les quarks, les plus petits éléments dont est constituée une grande partie de la matière, et les gluons, les particules associées aux forces interquark, ne sont pas liés et sont libres de circuler), a existé pendant environ 10 microsecondes après le Big Bang. Au fur et à mesure de l'expansion et du refroidissement de l'univers, le plasma s'est condensé pour former les particules nucléaires composites que nous connaissons aujourd'hui (par exemple, les protons et les neutrons).

En 1994, des chercheurs du CERN ont entrepris de vérifier cette théorie, en espérant recréer les conditions qui existaient immédiatement après le Big Bang pour tenter de « décoller » les quarks et d'observer leur transformation en particules complexes au fur et à mesure du refroidissement du système. Les expériences ont consisté à bombarder des cibles avec un faisceau très concentré d'ions de plomb à haute énergie. Les ions ont d'abord été accélérés depuis le repos jusqu'à une énergie intermédiaire dans le complexe d'accélérateurs de particules du Synchrotron à protons (PS) du CERN, puis dans le Super Synchrotron à protons (SPS) jusqu'à leur énergie finale avant d'être éjectés vers les cibles à l'intérieur de sept détecteurs expérimentaux différents. Les collisions ont généré des températures plus de cent mille fois supérieures à celle du centre du soleil et des densités d'énergie vingt fois supérieures à celles de la matière nucléaire ordinaire.

Selon Mats Lindroos, chef du projet ABS au CERN, Mathematica a été largement utilisé dans les expériences, à la fois pour la partie analytique du contrôle de l'accélérateur et en ligne dans le cadre du logiciel ABS (Automated Beam Steering and Shaping). La désignation ABS englobe toutes les formes d'algorithmes, de progiciels et de systèmes utilisés comme outils intelligents par les opérateurs dans les salles de contrôle des accélérateurs pour corriger les trajectoires, les orbites, les points de travail et d'autres spécifications.

Au cours de la première phase de l'accélération, les trajectoires du faisceau sont contrôlées en ligne par le système ABS. Le système ABS utilise des matrices de correction précalculées déterminées avec BeamOptics, une application de Mathematica qui contient toutes les fonctions classiques de la théorie de l'optique des particules chargées. « Le progiciel BeamOptics de Mathematica, qui a été développé ici au CERN, a été le pilier du projet APA depuis le début des activités APA de la division PS, » explique Lindroos.

Le système ABS appelle également un optimiseur qui minimise les erreurs de trajectoires à l'aide d'un algorithme appelé MICADO, également codé en Mathematica. Étant donné une matrice de correction et une fonction, MICADO calcule les valeurs des correcteurs qui minimiseront l'erreur dans la fonction, la sortie affichant graphiquement l'utilité de chacun des correcteurs pour minimiser l'erreur. L'interface utilisateur graphique communique avec l'algorithme via MathLink.

Pour obtenir des informations plus détaillées sur le « Petit Bang » et le programme d'ions lourds du CERN, visitez le site web du CERN à http://public.web.cern.ch/Public/Welcome.html.