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Posts Tagged ‘nouvelle particule’

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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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.

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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