Simon van der Meer : Ingénieur dont l’invention a permis la découverte des particules W et Z.
Biographique Simon van der Meer- Le prix Nobel de physique 1984
Je suis né en 1925, à La Haye, aux Pays-Bas, en tant que troisième enfant de Pieter van der Meer et Jetske Groeneveld, tous deux d’origine frisonne. J’avais trois sœurs. Mon père était instituteur et ma mère venait d’une famille d’enseignants. 
A partir de 1945, j’ai étudié la « Physique Technique » à l’Université de Technologie de Delft, où je me suis spécialisé dans la technologie de mesure et de régulation sous CJDM Verhagen. La physique enseignée dans cette nouvelle sous-section d’une ancienne école d’ingénieurs bien établie, bien que d’excellente qualité, était nécessairement quelque peu restreinte et j’ai souvent regretté de ne pas avoir suivi la formation intensive en physique dont bénéficiaient nombre de mes collègues. Néanmoins, si j’ai parfois pu apporter des contributions originales dans le domaine des accélérateurs, je ne peux m’empêcher de penser que dans une certaine mesure mon approche un peu amateur de la physique, combinée à une longue expérience pratique, était un atout.
Après avoir obtenu mon diplôme d’ingénieur en 1952, j’ai travaillé au Philips Research Laboratory, à Eindhoven, principalement sur les équipements haute tension et l’électronique pour les microscopes électroniques. En 1956, j’ai déménagé à Genève pour rejoindre l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN), récemment fondée, où je travaille depuis lors sur de nombreux projets différents, dans une atmosphère internationale agréable et stimulante.
Au départ, mon travail (sous la direction de JB Adams et CA Ramm) a porté principalement sur la conception technique : bobinages polaires, lentilles de correction multipolaires pour le synchrotron de 28 GeV et leurs alimentations. Mon intérêt pour les questions plus directement liées à la manipulation des particules grandissait, entre-temps, stimulé par de nombreux contacts avec des personnes connaissant les accélérateurs. Après avoir travaillé pendant un an sur un faisceau d’antiprotons séparés (1960), j’ai proposé un dispositif de focalisation pulsé à fort courant (« corne ») visant à augmenter l’intensité d’un faisceau de neutrinos, alors au centre d’intérêt au CERN et ailleurs .
De 1967 à 1976, j’ai repris un travail plus technique lorsque j’étais responsable des alimentations des aimants, d’abord des anneaux de stockage à intersections (ISR) puis du synchrotron de 400 GeV (SPS). Cependant, j’ai suivi les idées sur les accélérateurs et j’ai travaillé (pendant ma période ISR) sur une méthode d’étalonnage de la luminosité des anneaux de stockage et sur le refroidissement stochastique. Cette dernière visait bien sûr à augmenter la luminosité des ISR, mais l’application pratique semblait difficile à l’époque, principalement parce que la forte intensité du faisceau dans les ISR aurait rendu le refroidissement très lent. Après avoir développé une théorie primitive (1968) je n’ai donc pas poursuivi ce sujet. Cependant, le travail a été repris par d’autres et en 1974, les premières expériences ont été faites dans les ISR.
Entre-temps, en 1966, alors que je skiais avec des amis dans les montagnes suisses, j’ai rencontré ma future épouse Catharina M. Koopman et après un très bref intervalle, nous avons décidé de nous marier. Ce fut certainement l’une des meilleures décisions que j’aie jamais prises; ma vie a depuis été beaucoup plus intéressante et colorée. Nous avons deux enfants : Esther (1968) et Mathijs (1970). En 1990, j’ai pris ma retraite du CERN.
Simon van der Meer (1925-2011) : Ingénieur dont l’invention a permis la découverte des particules W et Z.
Simon van der Meer était l’une des rares personnes vraiment exceptionnelles qui ont contribué à faire de l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN) le premier laboratoire mondial de physique des particules élémentaires. Son invention du refroidissement stochastique a offert un moyen de pousser les protons et leurs équivalents d’antimatière dans des faisceaux étroitement focalisés, ouvrant la voie à la découverte des particules W et Z – deux constituants fondamentaux de la matière.
Les accélérateurs de l’époque pouvaient projeter des particules sur un objet immobile. Mais la production des bosons lourds W et Z nécessiterait beaucoup plus d’énergie – en particulier, faire entrer en collision des protons et des antiprotons dans des faisceaux très serrés.
Parmi les nombreuses idées originales et très pratiques de van der Meer, le refroidissement stochastique était le plus important. Il s’agissait essentiellement d’une réalisation subtile et pratique de l’expérience de pensée du «démon de Maxwell», qui démontre comment, dans certaines circonstances, la deuxième loi de la thermodynamique (qui stipule que les différences de température, de pression, etc. s’équilibrent avec le temps) peut être contournée.
Il est universellement admis parmi les physiciens que tout faisceau de particules élémentaires doit obéir au théorème du mathématicien français Joseph Liouville et se comporter comme un fluide incompressible. En d’autres termes, si le faisceau est écrasé à une extrémité, la distribution des particules se renflera ailleurs sur sa longueur. Les faisceaux d’électrons et de positons rapides, leurs antiparticules, désobéissent à cette règle car ils émettent une forme de rayonnement ; en substance, les poutres « se refroidissent » naturellement. Mais dans le cas des faisceaux de particules plus massifs, le théorème de Liouville entre en jeu. Cela présente un obstacle important à la production d’un faisceau étroit et ordonné.
L’idée de Van der Meer était à la fois simple et ingénieuse. La condition « fluide incompressible » n’est strictement valable que lorsqu’un très grand nombre de particules sont présentes. Lorsqu’un petit nombre de particules circulent dans un anneau accélérateur, de petites fluctuations par rapport à la trajectoire moyenne suivie par les particules sont observées. Dans les années 1970, ces fluctuations – appelées bruit Schottky – pouvaient facilement être détectées à l’aide d’un appareil appelé électrode de détection. Étant donné que chaque particule du faisceau a une énergie individuelle spécifique, différentes quantités de fluctuation sont détectées chaque fois que le faisceau de particules traverse l’anneau.
L’idée de Van der Meer était de « corriger » électroniquement la position moyenne des particules dans un faisceau à l’aide d’un « kicker » : un dispositif magnétique qui repousse continuellement les particules sur leur trajectoire. Cette forme très subtile de compression du faisceau ne viole pas le théorème de Liouville. En effet, grâce à l’utilisation synchronisée d’un pick-up et d’un kicker, les très petits volumes élémentaires autour desquels une particule est présente sont simplement éloignés de ceux autour desquels il n’y a pas de particules. La densité des particules semble augmenter simplement parce que les vides ont été poussés sur le côté.
Le refroidissement stochastique des antiprotons a été un ingrédient essentiel pour la réalisation du collisionneur ppbar du CERN et pour la découverte ultérieure des particules W et Z – pour lesquelles van der Meer et moi avons partagé un prix Nobel en 1984. La même technologie a été essentielle au Tevatron collisionneur au laboratoire Fermi à Batavia, Illinois, où le quark top, le dernier et le plus lourd de tous les quarks élémentaires, a été découvert en 1995. En effet, au cours des 25 dernières années environ, le refroidissement stochastique a été un outil majeur pour toutes les découvertes importantes faites des collisions à haute énergie.Il est très rare qu’une idée astucieuse d’un ingénieur modifie en profondeur des concepts fondamentaux de la physique. Simon lui-même a noté que son manque de formation formelle en physique (il n’a jamais obtenu de doctorat) s’est probablement avéré être un atout. Ne connaissant pas les règles du jeu, il a eu une idée impensable.
Ingénieur et physicien néerlandais qui, avec le physicien italien Carlo Rubbia, a découvert la particule W et la particule Z par collision de protons et d’antiprotons, pour lesquels les deux hommes ont partagé le prix Nobel de physique. Ces particules subatomiques (unités de matière plus petites qu’un atome) transmettent la force nucléaire faible, l’une des quatre forces fondamentales de la nature. La découverte a soutenu la théorie électrofaible unifiée avancée dans les années 1970. Travaillant au CERN en Suisse, Van der Meer a amélioré la conception des accélérateurs de particules utilisés pour produire des collisions entre des faisceaux de particules subatomiques. Il a inventé un dispositif qui surveillerait et ajusterait le faisceau de particules en corrigeant les champs magnétiques par un système de « kickers » placés autour de l’anneau de l’accélérateur.
https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1984/meer/biographical/