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Posté par Adrien le Mercredi 27/09/2017 à 00:00
Le LHC déstabilise le mécanisme de la bascule
Pour la plupart d'entre nous, les balançoires à bascule sont un souvenir d'enfance. Pour les physiciens théoriciens, leur principe de fonctionnement pourrait servir à expliquer l'un des plus grands mystères de la physique des particules: pourquoi les neutrinos sont-ils si étonnamment légers ? Des expériences auprès du Grand collisionneur (Un collisionneur est un type d'accélérateur de particules mettant en jeu des faisceaux dirigés de particules élémentaires.) de hadrons (LHC) du CERN sont en train (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de plusieurs voitures (pour transporter des personnes) et/ou de plusieurs wagons (pour transporter des marchandises), et peut être...) d'explorer ce mécanisme au nom étrange. 


Des membres de la collaboration CMS effectuant des travaux sur le détecteur. (Image: Maximilien Brice/CERN)

Le neutrino (Le neutrino est une particule élémentaire du modèle standard de la physique des particules. C’est un fermion de spin ½.) a été découvert il y a 60 ans. On a longtemps considéré que sa masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de...) était nulle. Les expériences de la fin des années 1990 ont toutefois montré que sur un parcours donné le neutrino change de saveur, ce qui signifie que sa masse, bien que minuscule, n'est pas nulle. Le pourquoi de cette anomalie, qui contredit le Modèle standard, est un mystère. La plupart des autres particules élémentaires acquièrent leur masse par une interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de...) avec le boson de Higgs (Le boson de Higgs est une particule élémentaire dont l'existence a été proposée en 1964 par Gerry Guralnik, C.R. Hagen, et Tom...): plus l'interaction est forte, plus la particule est lourde. Mais de nombreux physiciens ont du mal à admettre l'hypothèse que le boson (Les bosons représentent une classe de particules qui possèdent des propriétés de symétrie particulières lors de l'échange de particules : un...) de Higgs puisse interagir si faiblement avec le neutrino que la masse de celui-ci soit au moins un million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui précède un million un (1 000 001). Il...) de fois plus petite que celle de l'électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge électrique élémentaire de signe négatif. C'est un des composants de l'atome.), déjà très faible. 

Le mécanisme de la bascule (Une bascule ou un basculeur est un circuit intégré logique doté d'une sortie et d'une ou plusieurs entrées. La sortie peut être au niveau logique 0 ou 1. Les changements d'état de...), imaginé dans les années 1980, repose sur un rapport mathématique (Les mathématiques constituent un domaine de connaissances abstraites construites à l'aide de raisonnements logiques sur des concepts tels que les nombres,...) entre le neutrino ordinaire et un type de particule extra-lourde, invisible, ayant des effets étranges: le neutrino que nous connaissons est en quelque sorte propulsé vers le haut par la particule plus lourde qui pèse sur l'autre extrémité de la bascule. Si l'on parvenait à démontrer que ces acrobaties mathématiques expliquent l'infime masse des neutrinos, on ouvrirait la porte sur un monde (Le mot monde peut désigner :) regorgeant de nouvelles particules et de phénomènes au-delà du Modèle standard, voire sur une théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent...) unifiée des forces fondamentales.

Les chercheurs de CMS ont sondé des milliards de collisions proton-proton produites par le LHC à une énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) de 13 TeV en quête d'indices de ces particules plus lourdes qui contrebalancent les neutrinos. Plus précisément, ils ont testé une version du mécanisme de la bascule (dit de type III), qui prévoit un triplet composé de deux particules chargées lourdes et d'une particule neutre. Celle-ci révèlerait leur présence dans CMS en se désintégrant en particules déjà connues, telles que des bosons de Higgs et des électrons. Des expériences auprès du LHC ont également testé le mécanisme de la bascule de type I, le premier imaginé, qui prévoit l'existence de neutrinos lourds "stériles" n'interagissant pas du tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) avec la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide,...) connue.

S'appuyant sur des résultats précédemment obtenus par CMS et par ATLAS, l'autre expérience du LHC pour des collisions à plus basses énergies, CMS n'a détecté aucun indice signalant des particules chargées lourdes qui pourraient être associées au mécanisme de la bascule, et exclut la possibilité de l'existence de ces particules en-dessous de 840 GeV.  D'après l'équipe de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la...), ces contraintes sont les plus restrictives qu'on ait jamais pu déterminer concernant les masses des particules du mécanisme de la bascule de type III. 

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Source: Henry Thomas Bennie - Copyright CERN