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CERN (Francais) | Geneva | Switzerland

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A quoi s’occupent les milliers de physicien-ne-s du CERN?

On a fait de grosses promesses sur le potentiel de découvertes avec le Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) du CERN mais jusqu’à présent, rien de neuf. Alors que font les milliers de physiciens et physiciennes impliqué-e-s dans les différentes expériences du LHC en ce moment ? Très simple: on inspecte chaque petit centimètre carré parmi les milliers d’acres de nouveau territoire rendus accessibles par le LHC.

Les théoricien-ne-s le jurent: ont est dû pour une découverte. Depuis plusieurs décades, ils raffinent le modèle standard et savent donc de quoi ils parlent. A ce jour, chaque prédiction de ce modèle décrivant le monde des particules élémentaires s’est avérée vraie, parfois même lorsque vérifiée jusqu’à la neuvième décimale!

Le modèle standard repose sur deux idées bien simples. La première stipule que toute matière est faite de particules élémentaires. Jusqu’à présent, on a identifié trois familles de quarks et de leptons servant de base pour construire toute matière. La seconde assomption du modèle, c’est que ces particules interagissent entre elles en échangeant d’autres particules appelées bosons, et qui sont elles-mêmes associées aux différentes forces de la nature, soit les forces gravitationnelle, électrofaible et forte. Par exemple, le photon véhicule la force électromagnétique, une des composantes de la force électrofaible. Les gluons transmettent la force forte qui lie les quarks à l’intérieur des protons et des neutrons. Le boson de Higgs, s’il existe, serait porteur d’un champ de force non encore découvert.

Le modèle standard semble être à la physique des particules ce que l’arithmétique est aux mathématiques: juste la première couche d’une théorie plus complexe. La plupart des tâches que nous effectuons chaque jour, que ce soit cuisiner ou faire des achats, ne requière que les opérations de calcul de base. Mais si on décide de bâtir une maison avec des murs courbés et des pièces asymétriques, on aura besoin d’invoquer la géométrie. C’est un peu là où on se trouve en physique en ce moment: bien que le modèle standard aie pu expliquer toutes les observations faites à ce jour, on sait que ses équations sont incomplètes et qu’elles ne tiendront pas la route à haute énergie.  Et par haute énergie, j’entends le niveau couramment atteint avec le LHC. Donc on est assuré de trouver quelque chose puisqu’on sait que cette théorie deviendra incohérente et insuffisante à plus ou moins court terme.

Durant les dernières décennies, les expérimentalistes ont analysé des millions d’évènements, chacun étant une photo prise suite à une collision de protons ou d’électrons dans les différents accélérateurs de particules. Ceci nous a permis d’explorer une grande partie du monde des particules élémentaires mais ce fut ardu. Avec l’avènement du LHC, c’est comme si on venait d’allumer un énorme projecteur pour nous permettre d’explorer une immense grotte souterraine qu’on scrutait jusqu’ici avec de petites lampes frontales. Non seulement le LHC nous révèle les moindres détails car il produit beaucoup plus d’évènements que tous ces prédécesseurs, mais il nous permet aussi d’explorer des galeries inaccessibles auparavant puisque ces collisions sont produites à une plus grande énergie.

En ce moment, nous physiciennes et physiciens du LHC explorons chaque coin et racoin de cette grotte immense. On a déjà réussi à éliminer avec une certitude absolue de vastes sections où de nouvelles particules auraient pu se cacher. Le boson de Higgs du modèle standard est loin d’être la seule particule qui nous intéresse. Il y a tout un zoo de particules prédites par des modèles correspondant à différentes hypothèses qu’on cherche à découvrir. Et si vous désirez vous en procurez une, jetez un coup d’œil sur le site du zoo des particules.

Si de nouvelles particules existent bel et bien comme les théoricien-ne-s en sont convaincu-e-s (et jusqu’à maintenant elles ont tout vrai avec le modèle standard), eh bien on les trouvera. En attendant, notre but est d’établir un nombre de faits qui serviront de repères dans la définition de nouveaux modèles ou la rétention de ceux déjà postulés mains non confirmés. Chaque nouvelle limite restreint le nombre de modèles possibles, comme l’a bien expliqué John Ellis dans un récent article paru dans le Bulletin du CERN.

Eventuellement, la bonne solution va émerger, nous révélant du coup en quoi consiste cette autre couche théorique nécessaire au modèle standard. En temps et lieu, on devrait bien finir par comprendre comment tout cela fonctionne et tenir nos promesses pour de nouvelles découvertes.

Pauline Gagnon

Pour être averti-e lors de la parution de nouveaux blogs, suivez-moi sur Twitter: @GagnonPauline

A titre d’illustration, voici les limites établies par la collaboration CMS dans la recherche de particules supersymétriques pour le modèle CMSSM (Constrained Minimal Supersymmetric Model). Sans aller dans les détails, ce qu’il faut retenir c’est que tout l’espace situé sous les courbes est éliminé, c’est-à-dire que les différentes particules proposées par ce modèle de supersymétrie sont exclues dans cet espace. Il faut comparer avec ce qui avait été éliminé après vingt ans d’efforts à Fermilab par les collaboration CDF et D0 (espace en rouge et hachuré) ou le LEP (espaces en jaune et vert). Notez aussi la différence entre les résultats de 2010 (lignes pointillées) et 2011 (lignes continues). La collaboration ATLAS établi des résultats similaires. On voit donc clairement les progrès accomplis par les expériences du LHC.

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