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Posté par Adrien le Mardi 11/10/2011 à 00:00
A t-on bâti le LHC seulement pour trouver le Higgs ?
Si tel était le cas, vous seriez en droit de penser que tous les physiciens et physiciennes impliqués sont tombés sur la tête ! Mais en fait, le programme de recherche du Grand collisionneur de hadrons (ou LHC) est beaucoup plus ambitieux.

Malgré la médiatisation du 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 Kibble; Robert Brout et François Englert (et nommé...), celui-ci ne représente qu'une partie des nombreuses questions que nous espérons élucider avec cet incroyable outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la simplification des actions entreprises, par une plus...) 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...) qu'est le LHC. Il est vrai que le Higgs apporte une solution si élégante au problème de l'origine de la 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...) qu'il a suscité beaucoup d'intérêt parmi les scientifiques et dans le grand public.

Mais le LHC pourrait nous ouvrir la porte sur un univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) parallèle, sur de nouvelles dimensions ou sur la découverte de nouvelles particules aussi nombreuses que celles déjà connues. Ce ne sont là que quelques exemples de ce que l'on pourrait découvrir.

En explorant le monde (Le mot monde peut désigner :) des particules infiniment petites, plusieurs, parmi nous, espèrent trouver des réponses sur l'origine et la destinée de notre univers. L'expérience ALICE étudiera par exemple les propriétés du plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées (d'ions et d'électrons). Le plasma quark-gluon est un plasma qui constituerait...) de quarks et gluons, un état de matière qui n'a existé qu'immédiatement après le Big Bang (Le Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années, ainsi que...).

Mais justement, que s'est-il passé après ce fameux Big Bang ? Pourquoi, aujourd'hui, n'observe-t-on que de la matière autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre...) de nous, alors qu'on sait qu'en laboratoire, matière et antimatière sont créées en quantités égales? C'est précisément le but de l'expérience LHCb, qui a déjà poussé ces recherches plus loin qu'auparavant.

Comprendre en quoi consiste la matière noire est l'un des enjeux majeurs du LHC.

La matière noire fut postulée en 1934 par Fritz Zwicky pour expliquer pourquoi les galaxies (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux autres Galaxie, cette fois au singulier.) ne s'éparpillent pas sous l'effet de la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage...) centrifuge. Une quantité de matière d'origine inconnue mais extrêmement abondante semble en effet produire la force gravitationnelle nécessaire à leur stabilité. Et on peut difficilement l'ignorer puisque cette matière noire constitue plus de 95% de toute la matière contenue dans l'Univers ! Cette étrange matière, contrairement aux étoiles et galaxies, n'émet aucune lumière, d'où son nom. Elle ne répond qu'à la force gravitationnelle, laissant place à toutes les spéculations sur sa nature.

Plusieurs hypothèses ont été formulées pour expliquer de quoi il s'agit, mais jusqu'à maintenant, nous n'avons pas encore réussi à l'identifier. Ce mystère demeure entier, même si certains chercheurs affirment l'avoir observée, ce que d'autres réfutent.

Certains parmi nous, et je suis du nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».), espèrent découvrir un univers parallèle et hypothétique fait de matière noire appelé la Vallée cachée, ayant très peu d'échanges avec notre monde.

Les expériences ATLAS et CMS, grâce à leur grande versatilité, peuvent rechercher différents types de matière noire. Un candidat pour ce type de matière est justement proposé dans le cadre de la supersymétrie (ou simplement SUSY), une théorie si populaire que plusieurs s'attendent à ce que ce soit la première découverte au LHC.

SUSY est vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) comme l'extension la plus simple qu'on pourrait faire au modèle actuel décrivant le monde des particules, le Modèle standard, et pourrait combler certaines de ses lacunes. Le Modèle standard classe les particules en deux catégories: les fermions et les bosons. Les premiers sont les plus petits grains de matière, les seconds transmettent les différentes forces agissant entre ces particules. Ces deux types de particules ont un comportement complètement différent. Les fermions ont un spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque particule, qui est caractéristique de la nature de la particule, au même titre que...) de ½ alors que les bosons ont un spin entier - le spin étant une propriété de base comme la charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu...) électrique. SUSY associe un super partenaire à chaque particule, appariant un sfermion (ou super fermion) de spin entier à tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) fermion (Il existe deux grandes classes de particules élémentaires: les fermions et les bosons. Les fermions sont les particules à spin demi-entier (c'est-à-dire multiple de 1/2):...). Même chose pour les bosons. Et les particules lourdes se voient associer une super particule légère, et vice versa, nous donnant un monde beaucoup plus équilibré, et élucidant l'étrange disparité dans la masse des particules élémentaires qui vont de l'ultra (ULTra (pour (en)« Urban Light Transport ») est un système de transport individuel de type Personal Rapid Transit (PRT), autrement dit un...) légère à la super lourde.

La supersymétrie a tout pour plaire. Il ne lui manque qu'une chose: être découverte !

Et que diriez-vous si on vous annonçait que l'on vit non pas dans un monde à quatre dimensions (trois d'espace et une de temps) mais dans un monde contenant d'autres dimensions cachées? C'est du moins ce que suggèrent certains théoriciens qui prédisent que ces autres dimensions seraient à si petite échelle qu'on ne pourrait pas les percevoir. Un peu comme si vous étiez un funambule marchant sur un câble tendu. Vous ne pouvez qu'avancer ou reculer. Par contre, une fourmi peut faire le tour du câble, accédant ainsi à une autre dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa...) qui vous est inaccessible.

Ces dimensions cachées expliqueraient pourquoi la force gravitationnelle est si faible. Ce phénomène a toujours mystifié les scientifiques. Par exemple, la force électromagnétique surpasse la gravité par 41 ordres de grandeur à l'échelle du noyau atomique (Le noyau atomique désigne la région située au centre d'un atome constituée de protons et de neutrons (les nucléons). La taille du noyau (10-15 m) est considérablement plus petite que...) ! Ainsi, un simple petit aimant (Un aimant est un objet fabriqué dans un matériau magnétique dur, c’est-à-dire dont le champ rémanent et l'excitation coercitive sont grands (voir ci-dessous). Cela lui donne des...) suffit pour créer une attraction plus forte entre un petit objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une...) et un frigo que la force de gravité exercée par la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre planètes...) entière ! Si ces dimensions cachées existent, elles fourniraient un endroit où la force gravitationnelle pourrait être engloutie, ne laissant que des résidus de cette force à notre échelle.

Décidément, qu'adviendra-t-il de la science-fiction (La science-fiction, prononcée /sjɑ̃s.fik.sjɔ̃/ (abrégé en SF), est un genre narratif (principalement littéraire et...) si la physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants élémentaires de la matière et les rayonnements, ainsi que leurs...) révèle autant de possibilités farfelues ?

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Source: Pauline Gagnon - CERN