Particules élémentaires : réunion majeure à Chicago

Théoriciens et expérimentateurs ont confronté leurs derniers résultats pour interpréter la « bosse » d’énergie à 750 GeV mesurée au LHC (grand collisionneur de hadrons), en décembre dernier.

Ce vendredi 5 août, la 38e conférence internationale de la physique des hautes énergies, qui a ouvert ses portes mercredi dernier à Chicago (États-Unis), est entrée dans le vif du sujet. Les chercheurs ont présenté les derniers résultats des deux grandes expériences conduites au Cern, Atlas et CMS, depuis que le grand collisionneur de hadrons (LHC) est passé à la vitesse supérieure. Depuis un an, les faisceaux de protons du LHC sont propulsés l’un contre l’autre à des niveaux d’énergie record, qui n’avaient jamais été atteints auparavant (13 TeV contre 8 TeV entre 2010 et 2012) par aucun autre accélérateur de particules au monde.

Ces niveaux d’énergie devraient permettre de détecter des particules de « nouvelle physique » qui viendront compléter celles dite du « Modèle standard » et qui ont toutes été découvertes, dont la dernière, le « fameux » boson de Higgs observé en 2012 au Cern et prédit par la théorie depuis 1964. « On connaît maintenant la masse du boson de Higgs qui est de 125 Gev. Mais nous savions dans quelle gamme d’énergie il fallait la chercher et, en 2012, seul le domaine entre 120 et 130 Gev restait possible. Pour la ‘nouvelle physique’, les modèles qui ont fleuri depuis les années 1970, comme celui de la supersymétrie, sont très peu prédictifs quant à la masse de ces nouvelles particules », explique Patrice Verdier, directeur adjoint scientifique des particules et de l’hadronique à l’IN2P3 (Institut national de physique nucléaire et de physique des particules) au CNRS. Une de ces nouvelles théories pourrait permettre d’unifier toutes les grandes forces de la physique et proposer une nouvelle représentation du monde et du cosmos.

Modélisation CMS LHC

Modélisation d’une expérience dans l’instrument CMS en mai dernier au LHC (Source : Cern).

Depuis un an, avec la modernisation du LHC une terra incognita s’est donc ouverte: la probabilité de découvrir de nouvelles particules plus lourdes augmente parce que les faisceaux de protons sont accélérés à des énergies plus grandes. Néanmoins, après chaque résultat, des théoriciens espèrent qu’ils vont découvrir de nouvelles particules qui auront des répercussions considérables.

En décembre dernier, les deux expériences du LHC ont chacune mesurée une «bosse d’énergie», située à 750 GeV. Depuis ces observations, la communauté est en émoi. La question est de savoir si cela correspond à la désintégration en deux photons d’une nouvelle particule ou d’un ensemble de particules, ou si cette mesure est juste une fluctuation statistique. Depuis le début de 2016, plus de 400 articles scientifiques ont été publiés dans des revues de référence pour indiquer qu’il y avait de nouvelles particules ou au contraire que l’excès à 750 GeV était simplement un artefact statistique.

Au Cern, cette deuxième option est celle qui tient la corde parmi la communauté de quelque 4000 physiciens et doctorants qui y travaillent. Néanmoins, des théoriciens de l’université du Kansas, « parmi les centaines d’articles publiés sur le sujet, en déduisent une théorie alternative où on n’aurait pas une nouvelle particule, mais toute une ‘tripotée’. Ils essaient alors de décrire une nouvelle famille de particules », explique Nathalie Besson, physicienne des particules à l’IRFU (Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers) au CEA. Mais rien ne permet d’affirmer que les uns ou les autres ont raison ou tort.

Les chercheurs ont travaillé à partir des résultats de 2015 du Cern qui étaient très maigres. « En trois mois, depuis le début de 2016, les expériences du LHC ont produit 6 fois plus de données que sur l’ensemble de 2015 », complète Patrice Verdier. Ainsi, les incertitudes statistiques sur les mesures ont été divisées par près de 2,5. Mais ce n’est encore que le début. Moins de 10% de l’ensemble des collisions envisagées d’ici à 2023, pour le nouveau niveau d’énergie du LHC, ont été effectuées.

Source : Le Figaro

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