Les physiciens du LHC mettent un pied dans le noir...

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Le Large Hadron Collider, cet énorme accélérateur de particules de 30 kilomètres de circonférence à la frontière franco-suisse

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(Québec) BLOGUE / Les physiciens du Large Hadron Collider, cet énorme accélérateur de particules de 30 kilomètres de circonférence à la frontière franco-suisse, se sont réunis mercredi pour divulguer les tout premiers résultats de la «Run-2», comme ils l'appellent, c'est-à-dire la seconde ronde de collisions de protons - et donc de production de nouvelles données. La première ronde, on s'en souvient, avait permis la découverte du boson de Higgs, en 2012, alors que cette année... Cette année, l'accélérateur a redémarré après deux ans de mise à niveau, et l'on croit maintenant toucher à «quelque chose». Enfin, peut-être. Et si ce quelque chose est bien réel, on ne sait guère trop ce que c'est.

«La situation est complètement différente de celle d'il y a trois ans, quand il y avait chez les physiciens une préférence très nette [et qui s'est avérée] pour interpréter le signal d'alors, un diphoton de 125 GeV [gigaélectrons-volts, une mesure d'énergie minuscule dont on se sert, en physique, pour exprimer la masse des particules, NDLR] et de 4-lepton, comme étant le boson de Higgs du Modèle standard [soit grosso modo la somme de ce que l'on sait sur les particules qui composent la matière, NDLR]», écrit sur son blogue Résonaances le physicien Adam Falkowski, du Laboratoire de physique théorique d'Orsay.

Le «quelque chose» en question est un surplus d'«événements» inattendus que les instruments du LHC ont détecté à des énergies d'environ 750 GeV. Quand des particules s'entrechoquent à haute vitesse, elles «éclatent» en différents morceaux - différentes particules subatomiques comme des électrons et des quarks (particules qui composent les protons et les neutrons, qui eux-mêmes composent les noyaux atomiques), mais aussi des photons (particules de lumière), etc. Le LHC est équipé de plusieurs détecteurs de natures différentes qui sont disposés en «pelures d'oignon» autour des sites où surviennent les collisions, afin de mesurer la nature et l'énergie de chacun de ces «morceaux» - les «événements» dont parlent les physiciens, ce sont chacune de ces détections.

Comme on peut s'en douter, plus les énergies impliquées sont élevées, et plus les événements sont rares. Cela suit d'ailleurs une courbe descendante que les physiciens calculent et qui leur donne une idée précise de ce que sera le «bruit de fond», soit la fréquence à laquelle les «événements» se produiraient à chaque énergie s'ils survenaient au hasard. Mais voilà, justement, les particules qui s'entrechoquent ne produisent pas leurs «morceaux» aléatoirement : chaque type de particules génèrent des «éclats» selon des patterns précis (X % de ceci, Y % de cela) et ces «morceaux», qui n'existent souvent que pendant d'infimes fractions de seconde, se décomposent ensuite en d'autres choses (de nouveau en suivant des patrons précis), ce qui fait que les chercheurs voient apparaître des «rebonds» sur leurs courbes d'événements.

Les bosons, par exemple, se décomposent typiquement en «diphotons», c'est-à-dire en paire de photons d'énergies égales et partant dans des directions opposées. Et c'est en plein ce que les premiers résultats de la «Run-2» du LHC semblent montrer : un diphoton autour de 750 GeV. Le verbe sembler, ici, est important parce qu'on est encore très loin d'avoir assez de données pour atteindre un niveau de certitude acceptable. Mais comme toutes les mesures du LHC sont prises en double par deux équipes indépendantes et qu'elles ont toutes deux «vu» la même chose, disons qu'il est permis de commencer à en jaser...

Avec les données que le LHC continuera de produire, on devrait savoir à pareille date l'an prochain s'il s'agit réellement d'une particule inconnue ou si ce n'est qu'un «blip» sur les radars - ce qui est encore entièrement possible. Dans le premier cas, remarquez, il n'est pas sûr que la petite nouvelle révolutionnera la physique. Certains des experts cités ici et là estiment qu'il pourrait s'agir d'une particule très semblable au boson de Higgs qui ne chamboulera pas nécessairement nos connaissances. More of the same, quoi.

Mais même s'il reste encore énormément de vérifications à faire, le petit peu que l'on sait commence à ressembler drôlement à ce que les physiciens tentent de faire au LHC depuis le début : toucher l'inconnu, mettre un pied dans le noir, produire des données que le Modèle standard (que l'on sait très incomplet) ne peut expliquer. Et n'est-ce pas bien plus excitant que de prouver l'existence (exercice essentiel par ailleurs) d'un boson qu'à peu près tout le monde attendait depuis des années?

(P.-S. - Je m'en voudrais de passer sous silence un autre aspect de cette mise à jour du LHC. Comme on l'a souvent dit ici, la «matière» comme nous la connaissons ne forme qu'environ 15 % de la matière de l'Univers, le reste étant nommé pour l'instant «matière sombre», faute de savoir ce que c'est. On en connaît l'existence parce que quand on observe les galaxies, par exemple, on peut estimer de façon assez précise la quantité de matière qu'il y a en son centre à partir de ce que nos télescopes permettent de voir. Mais le hic, c'est que cette quantité est toujours insuffisante pour que la gravité du coeur de la galaxie puisse «retenir» les étoiles qui gravitent autour. À cause de leur vitesse, celles-ci devraient en principe s'échapper dans l'espace. Mais comme elles ne le font pas, on déduit qu'il doit y avoir «autre chose» au centre des galaxies, une «matière sombre» qui serait très massive, mais qui n'interagirait que très peu [hormis par gravité] avec la matière «normale». Une hypothèse assez répandue veut que cette matière sombre s'explique par le fait que toute particule soit accompagnée d'un «superpartenaire» fantôme, très massif mais qui n'interagit avec rien part par gravité. La deuxième ronde du LHC a toujours été vue comme une première occasion de tester cette hypothèse nommée supersymétrie, ou SUSY pour faire court et les premiers résultats viennent apparemment de rayer de la carte plusieurs versions de cette SUSY, lit-on sur le blogue Not Even Wrong du mathématicien de l'Université Columbia Peter Woit.)

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