Des résultats annoncés fin 2015 font l’objet de nouvelles théories, amènent de nombreuses hypothèses ; bref ça fait du bruit dans le monde de la physique des particules. En effet, un signal inattendu a été détecté par le LHC et pose l’hypothèse de l’existence d’une particule inconnue qui remettrait en question le modèle standard.
LH-quoi ?
Le LHC (Large Hadron Collider) est un accélérateur de particules, sous forme de tunnel circulaire de 27 km de circonférence, ayant démarré en 2008 au CERN. Cet anneau est jalonné d’aimants supraconducteurs associés à des structures accélératrices qui augmentent l’énergie des particules qui y sont propulsées.
Comment ça marche ? Au sein de l’accélérateur, deux faisceaux de particules de haute énergie se déplacent à une vitesse proche de celle de la lumière et entrent en collision. En effet, les faisceaux circulent dans des directions opposées, guidés dans des tubes distincts grâce à un puissant champ magnétique généré par les électroaimants supraconducteurs, jusqu’à ce qu’ils entrent en collision en quatre points où se situent des détecteurs de particules : ATLAS, CMS, ALICE et LHCb.
Le but ? Cet anneau a pour objectif de répondre à de nombreuses questions des physiciens, notamment en vérifiant les hypothèses constituant le modèle standard (existence du Boson de Higgs – particule détectée en 2012), la théorie de supersymétrie qui prédit que chaque type de particule connue possède un superpartenaire, des modèles de physique de haute énergie (e.g théorie des cordes, prédisant plus de trois dimensions spatiales) mais permettrait également de déterminer certains constituants de la masse de l’Univers, tels que la fameuse « matière noire ». En bref, ce dispositif vise à améliorer la connaissance de la structure de la matière et des débuts de l’univers, une fraction de seconde après le Big Bang.
Le modèle standard, kézako ?
Établi depuis plus de 30 ans, le modèle standard de la physique des particules est une théorie qui concerne l’électromagnétisme, les interactions nucléaires faible et forte et les particules subatomiques connues. Ce modèle comprend 12 particules de matière (e.g électron, quarks), 13 particules qui véhiculent les quatre interactions fondamentales dans l’Univers (cf tableau ci-dessous) et une particule de masse (le fameux boson de Higgs détecté en 2012.)
© Wikipédia
Le modèle standard a prédit les interactions de ces particules avec précision sans faille, jusqu’en novembre 2015 lors de ce fameux signal mystérieux… d’une particule X ?
Particule X : nouvelle découverte ?
Les grands détecteurs CMS et ATLAS ont détecté, pour la première fois un signal simultanément. Concrètement, le nombre de photons enregistrés en fonction de leur énergie représente une courbe lisse ; mais là, un pic est apparu. Première hypothèse des experts : ce signal représenterait la détection d’une particule, surnommée pour le moment particule X, qui se serait désintégrée lors des collisions, et qui serait quatre fois plus massive que l’atome de plomb (750 GeV). Bien que le risque d’erreur soit peu élevé, la question d’une anomalie se pose.
Une erreur, fluctuation statistique ou bien particule non prévue par les théoriciens qui serait la plus grande découverte dans l’Histoire de la physique des particules ?
Cette grande surprise a fait pleuvoir les publications et donc les suppositions ! Certains émettent l’hypothèse que si ce pic est dû à une particule X, celle-ci pourrait être un second boson de Higgs impliquant la supersymétrie (i.e à chaque particule de matière correspondrait une particule de force à découvrir et réciproquement, tel un miroir à l’Univers). D’autres scientifiques soupçonnent l’existence d’une cinquième force ou bien suggèrent que cette particule puisse être issue d’une quatrième dimension (un graviton massif se propageant dans une dimension supplémentaire).
Bref, quoiqu’il en soit si ce signal ne s’avère pas être une erreur, le modèle standard sera bousculé. Le LHC a redémarré après son hibernation annuelle ; nous en saurons donc plus dans les mois à venir. Affaire à suivre.
Marion Guillaumin
Crédit photo : Maximilien Brice, CERN
Pour aller plus loin :
http://www.science-et-vie.com/category/particule-x/
http://www.franceculture.fr/emissions/science-publique/quels-mysteres-cache-la-particule-x-du-cern