La première semaine de la plus grosse conférence de physique d’hiver, les Rencontres de Moriond de La Thuile en Italie, s’est terminée le 10 mars laissant tout le monde à la fois impressionné et perplexe devant tous les nouveaux résultats présentés.
La situation est la suivante: les théoriciennes et théoriciens savent que le modèle standard de la physique des particules, a ses limites et qu’il n’est probablement que la partie la plus accessible d’une théorie plus complexe encore inconnue. Un peu comme si on ne connaissait que l’arithmétique en mathématiques. Cela suffit pour la plupart des opérations quotidiennes, même si l’algèbre, la géométrie et le calcul intégral sont essentiels pour résoudre des problèmes plus complexes.
On s’attend donc à voir apparaitre des phénomènes liés à une « nouvelle physique » qui nous indiquerait laquelle parmi toutes les théories proposées est la bonne. Tout le monde espère que les expériences du Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) révèleront bientôt un indice pour nous mettre sur la bonne voie.
La conférence visait donc en grande partie à faire le point sur l’impact de toutes les mesures récentes sur ces nouvelles théories, et en particulier sur la supersymmétrie (SUSY) et les dimensions supplémentaires. Et de nouveaux résultats, il y en avait, tant sur le boson de Higgs, les particules de SUSY et de matière noire, que sur les mesures de précision et en physique des neutrinos.
La première nouvelle excitante est venue des expériences LHCb, CMS et ATLAS du LHC, avec de nouveaux résultats sur combien de fois les mésons Bs se désintègrent en deux muons. Ce procédé est tellement rare d’après le modèle standard que toute contribution additionnelle venant d’une nouvelle physique serait vite détectée. LHCb obtient la meilleure limite, soit moins de 4.5 x 10-9, à peine plus grand que la valeur prédite par le modèle standard de 3.5 x 10-9. Ceci laisse peu de place pour la nouvelle physique. Heureusement, David Straub, un théoricien de la Scuola Normale Superiore et INFN de Pisa, a montré qu’une valeur inférieure à celle prédite permettrait tout autant de déceler les effets de la nouvelle physique. Cette possibilité est désormais envisageable, étant donné le degré de précision atteint par les expériences du LHC.
L’impact des nouvelles limites sur les désintégrations rares de Bs et Bd en deux muons sur les différents modèles de SUSY montre que l’espace des paramètres encore permis est de plus en plus restreint (petit rectangle en bas à gauche) comparé à tout le reste qui était encore possible l’an dernier.
En ce qui concerne le boson de Higgs, quatre expériences indépendantes observent maintenant de petits signaux qui pourraient venir du Higgs dans quatre canaux de désintégration différents. C’est un peu comme si on entendait la même rumeur de quatre personnes fiables qui l’ont elles-mêmes obtenues de quatre sources indépendantes. Tout cela ne constitue aucunement une preuve, mais il y a matière à réflexion. Les quatre observent toutes un petit excès autour de 125 GeV, quoiqu’aucun pris séparément ne soit convainquant. ATLAS et CMS recommenceront à accumuler de nouvelles données dès la semaine prochaine et on aura enfin le cœur net.
Bien que les quatre expériences – ATLAS, CMS, CDF et D0 – insistent qu’il soit trop tôt pour conclure, les théoriciens et théoriciennes y allaient allègrement. Nazila Mahmoudi, une théoricienne du CERN a montré l’impact qu’aurait la découverte d’un boson de Higgs ayant cette masse sur les différent modèles de supersymmétrie.
Les valeurs de « tan β » et « mA », deux importants paramètres des modèles de SUSY, encore permises sont montrées par les points noirs. Les valeurs en rouge sont disqualifiées par les mesures récentes en physique du quark b. Toutes la région au-dessus de la ligne jaune est exclue par les recherches de particules de SUSY faites par CMS. Et si on ajoute les contraintes qu’imposerait la découverte d’un boson de Higgs de 125 GeV, il ne resterait plus que les points en vert.
La composition de l’univers: 96% vient de substances complètement inconnues appelées « matière noire » et « énergie noire ».
Josef Pradler du Perimeter Institute au Canada a jeté un éclairage nouveau sur un résultat très controversé depuis des années venant de l’expérience DAMA/LIBRA. Le groupe affirme observer un signal très clair venant de la « matière noire ». Ce type de matière, fort mystérieuse et inconnue, forme 23% de tout l’univers alors que la matière qu’on connait (étoiles et galaxies) ne compte que pour 4% du contenu total.
Le problème, c’est qu’aucune autre expérience n’arrive vraiment à corroborer leurs résultats, de telle sorte que plusieurs personnes supposaient que ce signal venait de muons cosmiques. Josef Pradler et ses collègues ont démontré que les données de DAMA/LIBRA sont incompatibles avec l’hypothèse des muons cosmiques avec 99% de certitude. Le mystère demeure entier.
A partir de mesures gravitationnelles, des astronomes ont montré que la matière noire est concentrée dans le halo galactique, c.à.d. l’extérieur de notre galaxie. Quand la terre orbite autour du soleil durant son cycle annuel, elle rencontre un flux de matière noire (représenté par le « WIMP Wind » sur le dessin). Le WIMP (Weakly Interacting Massive Particles) est un des candidats de matière noire. En juin, le flux de WIMPs est plus fort (vent de face) qu’en décembre quand la terre s’éloigne de la source de ces particules.
Le détecteur DAMA/LIBRA compte moins de collisions avec des WIMPs en hiver qu’en été, d’où la modulation observée dans le nombre de particules détectées (axe vertical) suivant la période de l’année (axe horizontal).
Des signes possibles d’un boson de Higgs ayant les caractéristiques de celui prédit par le modèle standard et toujours aucune trace de la nouvelle physique, voilà ce qui résume en peu de mots une conférence qui en a laissé plusieurs songeurs.
On sait que le modèle standard ne décrit pas tout ce que l’on observe. Mais quelle est donc la véritable théorie qui aurait réponse à tout? Lisa Randall, théoricienne de l’université Harvard a rappelé que peu importe le modèle, il doit s’attaquer à deux problèmes majeurs : la brisure de symétrie (pourquoi trois particules associées à la force électrofaible sont massives et une sans masse?) et le problème dit de la « hiérarchie » (pourquoi le quark top est-il 350 000 fois plus lourd que l’électron?). De quoi rendre songeur.
Pauline Gagnon
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