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Posts Tagged ‘750 GeV’

Les grandes percées sont rares en physique. La recherche est plutôt jalonnée d’innombrables petites avancées et c’est ce qui ressortira de la Conférence Internationale de la Physique des Hautes Énergies (ICHEP) qui s’est ouverte hier à Chicago. On y espérait un pas de géant mais aujourd’hui les expériences CMS et ATLAS ont toutes deux rapporté que l’effet prometteur observé à 750 GeV dans les données de 2015 avait disparu. Il est vrai que ce genre de choses n’est pas rare en physique des particules étant donné la nature statistique de tous les phénomènes que nous observons.

CMS-2016-750GeV

Sur chaque figure, l’axe vertical indique le nombre d’évènements trouvés contenant une paire de photons dont la masse combinée apparaît sur l’axe horizontal en unités de GeV. (À gauche) Les points en noir représentent les données expérimentales recueillies et analysées jusqu’à présent par la Collaboration CMS, soit 12.9 fb-1, à comparer aux 2.7 fb-1 disponibles en 2015. Le trait vertical associé à chaque point représente la marge d’erreur expérimentale. En tenant compte de ces erreurs, les données sont compatibles avec ce à quoi on s’attend pour le bruit de fond, tel qu’indiqué par la courbe en vert. (À droite) Une nouvelle particule se serait manifestée sous forme d’un pic tel que celui en rouge si elle avait eu les mêmes propriétés que celles pressenties dans les données de 2015 à 750 GeV. Visiblement, les données expérimentales (points noirs) reproduisent simplement le bruit de fond. Il faut donc conclure que ce qui avait été aperçu dans les données de 2015 n’était que le fruit d’une variation statistique.

Mais dans ce cas, c’était particulièrement convainquant car le même effet avait été observé indépendamment par deux équipes qui travaillent sans se consulter et utilisent des méthodes d’analyse et des détecteurs différents. Cela avait déclenché beaucoup d’activités et d’optimisme : à ce jour, 540 articles scientifiques ont été écrits sur cette particule hypothétique qui n’a jamais existé, tant l’implication de son existence serait profonde.

Mais les théoriciens et théoriciennes ne furent pas les seuls à nourrir autant d’espoir. Beaucoup d’expérimentalistes y ont cru et ont parié sur son existence, un de mes collègues allant jusqu’à mettre en jeu une caisse d’excellent vin.

Si beaucoup de physiciens et physiciennes avaient bon espoir ou étaient même convaincus de la présence d’une nouvelle particule, les deux expériences ont néanmoins affiché la plus grande prudence. En l’absence de preuves irréfutables de sa présence, aucune des deux collaborations, ATLAS et CMS, n’a revendiqué quoi que ce soit. Ceci est caractéristique des scientifiques : on parle de découvertes seulement lorsqu’il ne subsiste plus aucun doute.

Mais beaucoup de physiciens et physiciennes, moi y compris, ont délaissé un peu leurs réserves, non seulement parce que les chances que cet effet disparaisse étaient très minces, mais aussi parce que cela aurait été une découverte beaucoup plus grande que celle du boson de Higgs, générant du coup beaucoup d’enthousiasme. Tout le monde soupçonne qu’il doit exister d’autres particules au-delà de celles déjà connues et décrites par le Modèle standard de la physique des particules. Mais malgré des années passées à leur recherche, nous n’avons toujours rien à nous mettre sous la dent.

Depuis que le Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN opère à plus haute énergie, ayant passé de 8 TeV à 13 TeV en 2015, les chances d’une découverte majeure sont plus fortes que jamais. Disposer de plus d’énergie donne accès à des territoires jamais explorés auparavant.

Jusqu’ici, les données de 2015 n’ont pas révélé la présence de particules ou phénomènes nouveaux mais la quantité de données recueillies était vraiment limitée. Au contraire, cette année le LHC se surpasse, ayant déjà produit cinq fois plus de données que l’année dernière. On espère y découvrir éventuellement les premiers signes d’un effet révolutionnaire. Des dizaines de nouvelles analyses basées sur ces données récentes seront présentées à la conférence ICHEP jusqu’au 10 août et j’en reparlerai sous peu.

Il a fallu 48 ans pour découvrir le boson de Higgs après qu’il fut postulé théoriquement alors qu’on savait ce que l’on voulait trouver. Mais aujourd’hui, nous ne savons même pas ce que nous cherchons. Cela pourrait donc prendre encore un peu de temps. Il y a autre chose, tout le monde le sait. Mais quand le trouverons nous, ça, c’est une autre histoire.

Pauline Gagnon

Pour en savoir plus sur la physique des particules et les enjeux du LHC, consultez mon livre : « Qu’est-ce que le boson de Higgs mange en hiver et autres détails essentiels».

Pour recevoir un avis lors de la parution de nouveaux blogs, suivez-moi sur Twitter: @GagnonPauline ou par e-mail en ajoutant votre nom à cette liste de distribution.

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Giant leaps are rare in physics. Scientific research is rather a long process made of countless small steps and this is what will be presented throughout the week at the International Conference on High Energy Physics (ICHEP) in Chicago. While many hoped for a major breakthrough, today, both the CMS and ATLAS experiments reported that the promising effect observed at 750 GeV in last year’s data has vanished. True, this is not uncommon in particle physics given the statistical nature of all phenomena we observe.

CMS-2016-750GeV

On both plots, the vertical axis gives the number of events found containing a pair of photons with a combined mass given in units of GeV (horizontal axis) (Left plot) The black dots represent all data collected in 2016 and analysed so far by the CMS Collaboration, namely 12.9 fb-1, compared to the 2.7 fb-1 available in 2015. The vertical line associated with each data point represents the experimental error margin. Taking these errors into account, the data are compatible with what is expected from various backgrounds, as indicated by the green curve. (Right) A new particle would have manifested itself as a peak as big as the red one shown here if it had the same features as what had been seen in the 2015 data around 750 GeV. Clearly, the black data points pretty much reproduce the background. Hence, we must conclude that what was seen in the 2015 data was simply due to a statistical fluctuation.

What was particularly compelling in this case was that the very same effect had been observed by two independent teams, who worked without consulting each other and used different detectors and analysis methods. This triggered frantic activity and much expectation: to date, 540 scientific theory papers have been written on a hypothetical particle that never was, so profound the implications of the existence of such a new particle would be.

But theorists were not the only ones to be so hopeful. Many experimentalists had taken strong bets, one of my colleagues going as far as putting a case of very expensive wine on it.

If many physicists were hopeful or even convinced of the presence of a new particle, both experiments nevertheless had been very cautious. Without unambiguous signs of its presence, neither the ATLAS nor the CMS Collaborations had made claims. This is very typical of scientists: one should not claim anything until it has been established beyond any conceivable doubt.

But many theorists and experimentalists, including myself, threw some of our caution to the air, not only because the chances it would vanish were so small but also because it would have been a much bigger discovery than that of the Higgs boson, generating much enthusiasm. As it stands, we all suspect that there are other particles out there, beyond the known ones, those described by the Standard Model of particle physics. But despite years spent looking for them, we still have nothing to chew on. In 2015, the Large Hadron Collider at CERN raised its operating energy, going from 8 TeV to the current 13 TeV, making the odds for a discovery stronger than ever since higher energy means access to territories never explored before.

So far, the 2015 data has not revealed any new particle or phenomena but the amount of data collected was really small. On the contrary, this year, the LHC is outperforming itself, having already delivered five times more data than last year. The hope is that these data will eventually reveal the first signs of something revolutionary. Dozens of new analyses based on the recent data will be presented until August 10 at the ICHEP conference and I’ll present some of them later on.

It took 48 years to discover the Higgs boson after it was first theoretically predicted when we knew what to expect. This time, we don’t even know what we are looking for. So it could still take a little longer. There is more to be found, we all know it. But when will we find it, is another story.

Pauline Gagnon

To find out more about particle physics, check out my book « Who Cares about Particle Physics: making sense of the Higgs boson, the Large Hadron Collider and CERN ».

To be notified of new blogs, follow me on Twitter : @GagnonPauline or sign up on this distribution list

 

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The Large Hadron Collider (LHC) at CERN has already delivered more high energy data than it had in 2015. To put this in numbers, the LHC has produced 4.8 fb-1, compared to 4.2 fb-1 last year, where fb-1 represents one inverse femtobarn, the unit used to evaluate the data sample size. This was achieved in just one and a half month compared to five months of operation last year.

With this data at hand, and the projected 20-30 fb-1 until November, both the ATLAS and CMS experiments can now explore new territories and, among other things, cross-check on the intriguing events they reported having found at the end of 2015. If this particular effect is confirmed, it would reveal the presence of a new particle with a mass of 750 GeV, six times the mass of the Higgs boson. Unfortunately, there was not enough data in 2015 to get a clear answer. The LHC had a slow restart last year following two years of major improvements to raise its energy reach. But if the current performance continues, the discovery potential will increase tremendously. All this to say that everyone is keeping their fingers crossed.

If any new particle were found, it would open the doors to bright new horizons in particle physics. Unlike the discovery of the Higgs boson in 2012, if the LHC experiments discover a anomaly or a new particle, it would bring a new understanding of the basic constituents of matter and how they interact. The Higgs boson was the last missing piece of the current theoretical model, called the Standard Model. This model can no longer accommodate new particles. However, it has been known for decades that this model is flawed, but so far, theorists have been unable to predict which theory should replace it and experimentalists have failed to find the slightest concrete signs from a broader theory. We need new experimental evidence to move forward.

Although the new data is already being reconstructed and calibrated, it will remain “blinded” until a few days prior to August 3, the opening date of the International Conference on High Energy Physics. This means that until then, the region where this new particle could be remains masked to prevent biasing the data reconstruction process. The same selection criteria that were used for last year data will then be applied to the new data. If a similar excess is still observed at 750 GeV in the 2016 data, the presence of a new particle will make no doubt.

Even if this particular excess turns out to be just a statistical fluctuation, the bane of physicists’ existence, there will still be enough data to explore a wealth of possibilities. Meanwhile, you can follow the LHC activities live or watch CMS and ATLAS data samples grow. I will not be available to report on the news from the conference in August due to hiking duties, but if anything new is announced, even I expect to hear its echo reverberating in the Alps.

Pauline Gagnon

To find out more about particle physics, check out my book « Who Cares about Particle Physics: making sense of the Higgs boson, the Large Hadron Collider and CERN », which can already be ordered from Oxford University Press. In bookstores after 21 July. Easy to read: I understood everything!

CMS-lumi-17juin

The total amount of data delivered in 2016 at an energy of 13 TeV to the experiments by the LHC (blue graph) and recorded by CMS (yellow graph) as of 17 June. One fb-1 of data is equivalent to 1000 pb-1.

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Le Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN a déjà produit depuis avril plus de données à haute énergie qu’en 2015. Pour quantifier le tout, le LHC a produit 4.8 fb-1 en 2016, à comparer aux 4.2 fb-1 de l’année dernière. Le symbole fb-1 représente un femtobarn inverse, l’unité utilisée pour évaluer la taille des échantillons de données. Tout cela en à peine un mois et demi au lieu des cinq mois requis en 2015.

Avec ces données en réserve et les 20-30 fb-1 projetés d’ici à novembre, les expériences ATLAS et CMS peuvent déjà repousser la limite du connu et, entre autres, vérifier si les étranges événements rapportés fin 2015 sont toujours observés. Si cet effet était confirmé, il révèlerait la présence d’une nouvelle particule ayant une masse de 750 GeV, soit six fois plus lourde que le boson de Higgs. Malheureusement en 2015, il n’y avait pas suffisamment de données pour obtenir une réponse claire. Après deux ans de travaux majeurs visant à accroître sa portée en énergie, le LHC a repris ses opérations l’an dernier mais à faible régime. Si sa performance actuelle se maintient, les chances de faire de nouvelles découvertes seront décuplées. Tout le monde garde donc les doigts croisés.

Toute nouvelle particule ouvrirait la porte sur de nouveaux horizons en physique des particules. Contrairement à la découverte du boson de Higgs en 2012, si les expériences du LHC révèlent une anomalie ou l’existence d’une nouvelle particule, cela modifierait notre compréhension des constituants de base de la matière et des forces qui les régissent. Le boson de Higgs constituait la pièce manquante du Modèle standard, le modèle théorique actuel. Ce modèle ne peut plus accommoder de nouvelles particules. On sait pourtant depuis des décennies qu’il est limité, bien qu’à ce jour, les théoriciens et théoriciennes n’aient pu prédire quelle théorie devrait le remplacer et les expérimentalistes ont échoué à trouver le moindre signe révélant cette nouvelle théorie. Une évidence expérimentale est donc absolument nécessaire pour avancer.

Bien que les nouvelles données soient déjà en cours de reconstruction et de calibration, elles resteront “masquées” jusqu’à quelques jours avant le 3 août, date d’ouverture de la principale conférence de physique cet été. D’ici là, la région où la nouvelle particule pourrait se trouver est masquée afin de ne pas biaiser le processus de reconstruction des données. A la dernière minute, on appliquera aux nouvelles données les mêmes critères de sélection que ceux utilisés l’an dernier. Si ces évènements sont toujours observés à 750 GeV dans les données de 2016, la présence d’une nouvelle particule ne fera alors plus aucun doute.

Mais même si cela s’avérait n’être qu’une simple fluctuation statistique, ce qui arrive souvent en physique de par sa nature, la quantité de données accumulée permettra d’explorer une foule d’autres possibilités. En attendant, vous pouvez suivre les activités du LHC en direct ou voir grandir les échantillons de données de CMS et d’ATLAS. Je ne pourrai malheureusement pas vous rapporter ce qui sera présenté à la conférence en août, marche en montagne oblige, mais si une découverte quelconque est annoncée, même moi je m’attends à entendre son écho résonner dans les Alpes.

Pauline Gagnon

Pour en apprendre plus sur la physique des particules, ne manquez pas mon livre « Qu’est-ce que le boson de Higgs mange en hiver et autres détails essentiels » disponible en librairie au Québec et en Europe, de meme qu’aux Editions MultiMondes. Facile à lire : moi, j’ai tout compris!

CMS-lumi-17juin

Graphe cumulatif montrant la quantité de données produites à 13 TeV en 2016 par le LHC (en bleu) et récoltées par l’expérience CMS (en jaune) en date du 17 juin.

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Has CERN discovered a new particle or not? Nobody knows yet, although we are now two steps closer than in December when the first signs of a possible discovery were first revealed.

First step: both the ATLAS and CMS experiments showed yesterday at the Moriond conference that the signal remains after re-analyzing the 2015 data with improved calibrations and reconstruction techniques. The faint signal still stands, even slightly stronger (see the Table). CMS has added new data not included earlier and collected during a magnet malfunction. Thanks to much effort and ingenuity, the reanalysis now includes 20% more data. Meanwhile, ATLAS showed that all data collected at lower energy up to 2012 were also compatible with the presence of a new particle.

The table below shows the results presented by CMS and ATLAS in December 2015 and February 2016. Two hypotheses were tested, assuming different characteristics for the hypothetical new particle: the “spin 0” case corresponds to a new type of Higgs boson, while “spin 2” denotes a graviton.

The label “local” means how strong the new signal appears locally at a mass of 750 or 760 GeV, while “global” refers to the probability of finding a small excess over a broad range of mass values. In physics, statistical fluctuations come and go. One is bound to find a small anomaly when looking all over the place, which is why it is wise to look at the bigger picture. So globally, the excess of events observed so far is still very mild, far from the 5σ criterion required to claim a discovery. The fact that both experiments found it independently is what is so compelling.

table-750GeV

 

But mostly, the second step, we are closer to potentially confirming the presence of a new particle simply because the restart of the Large Hadron Collider is now imminent. New data are expected for the first week of May. Within 2-3 months, both experiments will then know.

We need more data to confirm or refute the existence of a new particle beyond any possible doubt. And that’s what experimental physicists are paid to do: state what is known about Nature’s laws when there is not even the shadow of a doubt.

That does not mean than in the meantime, we are not dreaming since if this were confirmed, it would be the biggest breakthrough in particle physics in decades. Already, there is a frenzy among theorists. As of 1 March, 263 theoretical papers have been written on the subject since everybody is trying to find out what this could be.

Why is this so exciting? If this turns out to be true, it would be the first particle to be discovered outside the Standard Model, the current theoretical framework. The discovery of the Higgs boson in 2012 had been predicted and simply completed an existing theory. This was a feat in itself but a new, unpredicted particle would at long last reveal the nature of a more encompassing theory that everybody suspects exists but that nobody has found yet. Yesterday at the Moriond conference, Alessandro Strumia, a theorist from CERN, also predicted that this particle would probably come with a string of companions.

Theorists have spent years trying to imagine what the new theory could be while experimentalists have deployed heroic efforts, sifting through huge amounts of data looking for the smallest anomaly. No need to say then that the excitement is tangible at CERN right now as everybody is holding their breath, waiting for new data.

Pauline Gagnon

To learn more about particle physics and what might be discovered at the LHC, don’t miss my upcoming book : « Who cares about particle physics : Making sense of the Higgs boson, Large Hadron Collider and CERN »

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Le CERN a-t-il découvert une nouvelle particule ou pas? Personne ne le sait encore, bien que nous ayons maintenant fait deux pas de plus depuis le dévoilement des premiers signes d’une possible découverte en décembre.

Premier pas : les expériences ATLAS et CMS ont montré hier à la conférence de Moriond que les signes d’un signal persistent après la réanalyse des données de 2015 à l’aide de calibrations et de techniques de reconstruction améliorées. Le faible signal est même légèrement renforci (voir tableau). CMS a ajouté de nouvelles données recueillies durant une défaillance de leur aimant. Après beaucoup d’efforts et d’ingéniosité, ceci ajoute 20 % de données supplémentaires. De son côté, ATLAS a montré que toutes les données accumulées à moindre énergie jusqu’à 2012 étaient aussi compatibles avec la présence d’une nouvelle particule.

Le tableau ci-dessous montre les résultats présentés par CMS et ATLAS en décembre 2015 et février 2016. Deux hypothèses ont été testées, chacune correspondant à des caractéristiques différentes pour cette hypothétique particule : “spin 0” correspond à un nouveau type de boson de Higgs, tandis que “spin 2” dénote un graviton.

Local” se réfère à l’intensité du signal lorsque mesuré pour une particule ayant une masse de 750 ou 760 GeV, tandis que “global” indique la probabilité de trouver un petit excès sur une large gamme de valeurs de masse. En physique, les fluctuations statistiques sont monnaies courantes. On trouve toujours une petite anomalie lorsqu’on cherche dans tous les coins. Il est donc sage de prendre en compte un intervalle élargi. Globalement donc, l’excédent d’événements observé est toujours très limité. On est encore bien loin de la barre des 5σ, le critère utilisé pour une découverte. Ce qui est très fort par contre, c’est que les deux expériences l’ont trouvé indépendamment.

tableau-750GeV

Le deuxième et bien plus grand pas franchi, c’est que la confirmation possible de la présence d’une nouvelle particule se rapproche simplement parce que la reprise du Grand Collisionneur de Hadrons est imminente. On attend les nouvelles données début mai. Dans 2 ou 3 mois, les deux expériences connaîtront enfin la réponse

Mais sans plus de données, impossible de confirmer ou réfuter l’existence d’une nouvelle particule avec certitude. Et c’est justement pour cela qu’on paie les physiciens et physiciennes: déterminer les lois de la Nature sans qu’il ne subsiste l’ombre d’un doute.

Cela n’empêche personne de rêver en attendant, car si ceci était confirmé, ce serait la plus grande percée en physique des particules depuis des décennies. Déjà, la frénésie s’est emparée des théoriciens et théoriciennes. On comptait en date du premier mars 263 articles théoriques sur le sujet. Tout le monde essaye de déterminer ce que cela pourrait être.

Pourquoi est-ce si passionnant ? Si elle existe, ce serait la première particule à être découverte à l’extérieur du Modèle Standard, la théorie actuelle. La découverte du boson de Higgs en 2012 avait été prévue et avait simplement complété une théorie existante. Un exploit, bien sûr, mais la découverte d’une particule imprévue révèlerait enfin la nature d’une théorie plus vaste dont tout le monde soupçonne l’existence, mais qui n’a pas encore été trouvée. Hier à la conférence de Moriond, Alessandro Strumia, un théoricien du CERN, a prédit que cette particule s’accompagnerait probablement d’une kyrielle de nouvelles particules.

Les théoriciens et théoriciennes ont passé des années à essayer d’imaginer cette nouvelle théorie tandis que du côté expérimental, on a déployé des efforts héroïques à trier des quantités faramineuses de données à la recherche de la moindre anomalie. Nul besoin de dire que l’atmosphère est fébrile en ce moment au CERN; tout le monde retient son souffle en attendant les nouvelles données.

Pauline Gagnon

Pour en savoir plus sur la physique des particules et les enjeux du LHC, consultez mon livre : « Qu’est-ce que le boson de Higgs mange en hiver et autres détails essentiels», en librairie en France et en Suisse dès le 1er mai.

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Depuis le 15 décembre, j’ai compté 200 nouveaux articles théoriques, chacun offrant une ou plusieurs explications possibles sur la nature d’une nouvelle particule qui n’a pas encore été découverte. Cette frénésie a commencé lorsque les expériences CMS et ATLAS ont toutes deux rapporté avoir trouvé quelques événements qui pourraient révéler la présence d’une nouvelle particule se désintégrant en deux photons. Sa masse serait autour de 750 GeV, soit cinq fois la celle du Higgs boson.

Personne ne sait si un tel engouement est justifié mais cela illustre combien les physiciens et physiciennes espèrent une découverte majeure dans les années à venir. Est-ce que cela se passera comme pour le boson de Higgs, qui fut officiellement découvert en juillet 2012, bien que quelques signes avant-coureurs apparurent un an auparavant ? Il est encore bien trop tôt pour le dire. Et comme je l’avais écrit en juillet 2011, c’est comme si nous essayions de deviner si le train s’en vient en scrutant l’horizon par une morne journée d’hiver. Seule un peu de patience nous dira si la forme indistincte à peine visible au loin est bien le train longuement attendu ou juste une illusion. Il faudra plus de données pour pouvoir trancher, mais en attendant, tout le monde garde les yeux rivés sur cet endroit.
LeTrainDeMidiLe train de midi, Jean-Paul Lemieux, Galerie nationale du Canada

En raison des difficultés inhérentes à la reprise du LHC à plus haute énergie, la quantité de données récoltées à 13 TeV en 2015 par ATLAS et CMS a été très limitée. De tels petits échantillons de données sont toujours sujets à de larges fluctuations statistiques et l’effet observé pourrait bien s’évaporer avec plus de données. C’est pourquoi les deux expériences se sont montrées si réservées lors de la présentation de ces résultats, déclarant clairement qu’il était bien trop tôt pour sauter au plafond.

Mais les théoriciens et théoriciennes, qui cherchent en vain depuis des décennies un signe quelconque de phénomènes nouveaux, ont sauté sur l’occasion. En un seul mois, y compris la période des fêtes de fin d’année”, 170 articles théoriques avaient déjà été publiés pour suggérer autant d’interprétations différentes possibles pour cette nouvelle particule, même si on ne l’a pas encore découverte.

Aucune nouvelle donnée ne viendra avant quelques mois en raison du de la maintenance annuelle. Le Grand Collisionneur de Hadrons repartira le 21 mars et devrait livrer les premières collisions aux expériences le 18 avril. On espère un échantillon de données de 30 fb-1 en 2016, alors qu’en 2015 seuls 4 fb-1 furent produits. Lorsque ces nouvelles données seront disponibles cet été, nous saurons alors si cette nouvelle particule existe ou pas.

Une telle possibilité serait une véritable révolution. Le modèle théorique actuel de la physique des particules, le Modèle Standard, n’en prévoit aucune. Toutes les particules prédites par le modèle ont déjà été trouvées. Mais puisque ce modèle laisse encore plusieurs questions sans réponses, les théoriciennes et théoriciens sont convaincus qu’il doit exister une théorie plus vaste pour expliquer les quelques anomalies observées. La découverte d’une nouvelle particule ou la mesure d’une valeur différente de celle prévue par la théorie révèleraient enfin la nature de cette nouvelle physique allant au-delà du Modèle Standard.

Personne ne connaît encore quelle forme cette nouvelle physique prendra. Voilà pourquoi tant d’explications théoriques différentes pour cette nouvelle particule ont été proposées. J’ai compilé certaines d’entre elles dans le tableau ci-dessous. Plusieurs de ces articles décrivent simplement les propriétés requises par un nouveau boson pour reproduire les données observées. Les solutions proposées sont incroyablement diversifiées, les plus récurrents étant diverses versions de modèles de matière sombre ou supersymétriques, de Vallée Cachée, de Grande Théorie Unifiée, de bosons de Higgs supplémentaire ou composites, ou encore des dimensions cachées. Il y en a pour tous les goûts : des axizillas au dilatons, en passant pas les cousins de pions sombres, les technipions et la trinification.

La situation est donc tout ce qu’il y a de plus clair : tout est possible, y compris rien du tout. Mais n’oublions pas qu’à chaque fois qu’un accélérateur est monté en énergie, on a eu droit à de nouvelles découvertes. L’été pourrait donc être très chaud.

Pauline Gagnon

Pour en savoir plus sur la physique des particules et les enjeux du LHC, consultez mon livre : « Qu’est-ce que le boson de Higgs mange en hiver et autres détails essentiels».

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tableau

Un résumé partiel du nombre d’articles publiés jusqu’à maintenant et le type de solutions proposées pour expliquer la nature de la nouvelle particule, si nouvelle particule il y a. Pratiquement tous les modèles théoriques connus peuvent être adaptés pour accommoder une nouvelle particule compatible avec les quelques événements observés. Ce tableau est juste indicatif et en aucun cas, strictement exact puisque plusieurs articles étaient plutôt difficiles à classer. Une de ces idées s’avèrera-t-elle être juste ?

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Frenzy among theorists

Thursday, February 4th, 2016

Since December 15, I have counted 200 new theoretical papers, each one suggesting one or several possible explanations for a new particle not yet discovered. This flurry of activity started when the CMS and ATLAS Collaborations both reported having found a few events that could possibly reveal the presence of a new particle decaying to two photons. Its mass would be around 750 GeV, that is, five times the mass of the Higgs boson.

No one knows yet if all this excitement is granted but it clearly illustrates how much physicists are hoping for a huge discovery in the coming years. Will it be like with the Higgs boson, which was officially discovered in July 2012 but had already given some faint signs of its presence a year earlier? Right now, there is not enough data. And just as I wrote in July 2011, it is as if we were trying to guess if the train is coming by looking in the far distance on a grey winter day. Only time will tell if the indistinct shape barely visible above the horizon is the long awaited train or just an illusion. But until more data become available, everybody will keep their eyes on that spot.

LeTrainDeMidi

The noon train, Jean-Paul Lemieux, National Gallery of Canada

Due to the difficulties inherent to the restart of the LHC at higher energy, the amount of data collected at 13 TeV in 2015 by ATLAS and CMS was very limited. Given that small data samples are always prone to large statistical fluctuations, the experimentalists exerted much caution when they presented these results, clearly stating that any claim was premature.

But theorists, who have been craving for signs of something new for decades, jumped on it. Within a single month, including the end-of-the-year holiday period, 170 theoretical papers were published to suggest just as many possible different interpretations for this yet undiscovered new particle.

No new data will come for a few more months due to annual maintenance. The Large Hadron Collider is due to restart on March 21 and should deliver the first collisions to the experiments around April 18. The hope is to collect a data sample of 30 fb-1 in 2016, to be compared with about 4 fb-1 in 2015. Later this summer, when more data will be available, we will know if this new particle exists or not.

This possibility is however extremely exciting since the Standard Model of particle physics is now complete. All expected particles have been found. But since this model leaves many open questions, theorists are convinced that there ought to be a more encompassing theory. Hence, discovering a new particle or measuring anything with a value different from its predicted value would reveal at long last what the new physics beyond the Standard Model could be.

No one knows yet what form this new physics will take. This is why so many different theoretical explanations have been proposed for this possible new particle. I have compiled some of them in the table below. Many of these papers described the properties needed by a new boson to fit the actual data. The solutions proposed are incredibly diversified, the most recurrent ones being various versions of dark matter or supersymmetric, new gauge symmetries, Hidden Valley, Grand Unified Theory, extra or composite Higgs bosons and extra dimensions. There enough to suit every taste: axizillas, dilatons, dark pion cousins of a G-parity odd WIMP, one-family walking technipion or trinification.

It is therefore crystal clear: it could be anything or nothing at all… But every time accelerators have gone up in energy, new discoveries have been made. So we could be in for a hot summer.

Pauline Gagnon

Learn more on particle physics, don’t miss my book, which will come out in English in July.

To be alerted of new postings, follow me on Twitter: @GagnonPauline  or sign-up on this mailing list to receive an e-mail notification.

table

A partial summary of the number of papers published so far with the type of solutions they proposed to explain the nature of the new particle, if new particle there is. Just about all known theoretical models can be adapted to produce a new particle with characteristics compatible with the few events observed. This is just indicative and by no means, strictly exact since many proposals were rather hard to categorize. Will one of these ideas be the right one?

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