Vendredi 22 avril, deux flux de protons ont filé à travers les interminables tuyaux du Large Hadron Collider (LHC), a annoncé le CERN dans un communiqué repéré par la BBC. Un événement qui marque le retour aux affaires du ce célèbre accélérateur de particules basé à Genève. Cela faisait déjà trois ans que cet instrument était à l’arrêt. Un délai qui lui a permis de bénéficier de longs travaux de maintenance et de plusieurs mises à jour majeur; désormais sorti de sa torpeur, il reprend ses travaux révolutionnaires avec la promesse de nouvelles découvertes scientifiques de premier plan.
Cette fois, l’engin est parti pour plus de quatre ans d’expérimentations sous haute tension. Et les chercheurs du CERN espèrent bien que les gros efforts déployés pendant ces trois années frustrantes, car stériles scientifiquement, vont payer. “Notre capacité à détecter, collecter et analyser des données va être deux à trois fois meilleure“, explique Marcella Bona, physicienne de la Queen Mary University de Londres interviewée par la BBC.
Une installation au service de la physique fondamentale
Comme son nom l’indique, le Large Hadron Collider est un accélérateur, ou plus précisément un collisionneur de particules. Physiquement, il prend surtout la forme d’un long tunnel bardé de capteurs dans lequel les chercheurs font voyager des particules à une vitesse invraisemblable grâce à des champs magnétiques. Ils cherchent alors à les faire entrer en collision pour déclencher un vaste chamboule-tout nanométrique.
Très sommairement, lorsque deux particules entrent en contact dans ces conditions, elles volent en éclats dans un nuage surchauffé de particules dites subatomiques; c’est à travers l’étude de ces dernières que les physiciens du LHC espèrent comprendre les interactions de la matière au niveau le plus fondamental.
Cette nouvelle mouture du LHC permettra au CERN d’obtenir davantage de collisions, et par extension davantage de données sur des tas de phénomènes encore très mystérieux… voire encore totalement inconnus.”Lors d’une collision, on voit émerger des particules fondamentalement différentes qui n’ont apparemment rien à voir avec les objets de base“, explique l’Université de Boston. “C’est comme si on voyait émerger une chaise et un évier d’une collision entre deux voitures“, explique l’institution dans la vidéo ci-dessous.
L’objectif est ainsi de répondre à certaines des questions les plus importantes de toute la physique. En particulier, le LHC est l’un des outils les plus intéressants pour explorer les limites du modèle standard de la physique des particules. Il s’agit d’un élément excessivement important qui fait partie des piliers de notre théorie scientifique, car il permet de décrire le comportement de la matière à très petite échelle avec une précision redoutable.
Un canon nanométrique braqué sur le modèle standard de la physique
Le problème, c’est que même s’il fonctionne extrêmement bien dans le cadre de la réalité observable, le modèle standard n’est pas parfait pour autant. Son principal point de rupture, c’est qu’il ne parvient pas à tomber d’accord avec la relativité générale définie par Albert Einstein (voir notre article ici).
Si cette dernière est parfaitement probante à notre échelle, elle ne marche plus du tout à l’échelle subatomique. En particulier, aucun élément du modèle standard ne permet d’expliquer les forces gravitationnelles si bien décrites par la relativité générale. À l’inverse, la relativité générale reste sans réponse lorsqu’on parle de phénomènes subatomiques.
L’objectif est donc de combler ce fossé béant pour arriver à une théorie unifiée et globale dite “du Tout”. C’était l’objectif principal du célèbre Albert Einstein, et il a couru après tout au long de sa carrière, sans résultat. Plusieurs générations de nouveaux chercheurs ont repris le flambeau et marchent dans les pas du maître pour tenter de les découvrir, avec des instruments toujours plus avancés comme ceux du CERN.
À ce jour, ils font assurément partie de ceux qui ont le plus contribué à ces travaux. Et il ne s’agit pas seulement d’une expérience de pensée abstraite : cette question a des implications très concrètes. Les pièces manquantes du puzzle de l’univers se cachent vraisemblablement dans ces points de rupture encore très mystérieux. Récemment, d’autres chercheurs du CERN ont d’ailleurs fait une découverte étonnante qui pourrait bien avoir des implications considérables à ce niveau (voir notre article).
Quatre ans en première ligne
En torturant ainsi le modèle standard, les chercheurs comptent bien le faire passer aux aveux; ils espèrent par exemple trouver de nouveaux types de particules ou de nouvelles interactions entre elles. Ils pourraient aussi préciser leur compréhension de concepts encore très abstraits comme la fameuse matière noire.
Enfin, les chercheurs continueront aussi de s’intéresser au célèbre Boson de Higgs. Il s’agit d’une particule mystérieuse qui a mis la physique sur les rotules pendant de très longues années; il a été formellement identifié le 4 juin 2012, il y a quasiment dix ans, grâce aux travaux désormais nobélisés de Peter W. Higgs et François Englert.
Par symbolisme, de nombreuses institutions auraient probablement attendu la date de cet anniversaire pour relancer la machine. Mais au CERN, pas question de traîner; la moindre minute d’expérimentation du LHC est inestimable, et les observations repartent donc de plus belle pour une période de quatre ans.
Nous vous donnons donc rendez-vous à cette date pour faire le bilan de ce troisième round d’expérimentation… à moins qu’une nouvelle découverte sensationnelle ne défraie la chronique entre temps. Le modèle standard de la physique des particules n’a qu’à bien se tenir !
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