Les physiciens explorent les mystères au-delà du modèle standard au Grand collisionneur de hadrons, cherchant à comprendre la matière noire et l’énergie. Leurs recherches, essentielles en physique des particules, recèlent un potentiel d’innovations technologiques significatives. Crédit : Issues.fr.com
Les scientifiques du Grand collisionneur de hadrons étudient de nouvelles particules au-delà du modèle standard de physique des particules, dans le but de résoudre ses limites et de favoriser les progrès technologiques.
Il semblait que le modèle standard de la physique des particules était achevé avec la découverte du boson de Higgs en 2012. Le modèle standard est actuellement la meilleure explication des physiciens des principaux éléments constitutifs de l’univers et de trois des quatre forces majeures. Mais il reste encore un certain nombre de mystères que le modèle standard ne peut tout simplement pas expliquer. Ceux-ci incluent la matière noire et l’énergie noire. Les physiciens soutenus par le ministère de l’Énergie (DOE) tentent de déterminer s’il existe des particules et des forces au-delà de celles du modèle standard, et si oui, de quoi il s’agit.
Recherche au Grand collisionneur de hadrons
Nadja Strobbe de l’Université du Minnesota Twin Cities est l’une de ces chercheuses. Elle travaille sur des expériences au Grand collisionneur de hadrons (LHC), le plus grand et le plus puissant accélérateur de particules de ce type au monde. (C’est également au LHC que les scientifiques ont découvert le boson de Higgs.) Le LHC est un tube en forme d’anneau de 17 milles situé en Suisse. Il accélère les particules jusqu’à 99,9999991 % de la vitesse de la lumière. À certains endroits, les faisceaux de particules entrent en collision et créent des pulvérisations spectaculaires de nouvelles particules. Les scientifiques collectent des données sur les 40 millions de collisions de particules qui se produisent chaque seconde de fonctionnement de la machine. Ces données fournissent aux scientifiques de nouvelles informations sur notre univers. Certaines des questions qu’ils explorent sont de savoir pourquoi il existe de la matière et pourquoi différentes particules ont des masses différentes.
Nadja Strobbe, professeure adjointe à l’Université du Minnesota, étudie la physique des particules à haute énergie à l’aide des données du Large Hadon Collider, le plus grand accélérateur de particules au monde. Crédit : Nadja Strobbe, Université du Minnesota
La quête du meilleur Squark
Strobbe, professeur de physique et d’astronomie au Collège des sciences et de l’ingénierie de l’Université du Minnesota, est à la recherche d’une particule inédite appelée « top squark ». Il s’agit d’une particule théorique qui ne rentre pas dans le modèle standard actuel de la physique des particules. Le modèle standard actuel comporte 17 particules différentes. Certaines d’entre elles sont des particules qui agissent comme des éléments constitutifs de la matière. Ceux-ci incluent les quarks qui composent les protons et les neutrons ainsi qu’un autre groupe appelé leptons qui comprend les électrons. Le modèle standard décrit également des particules qui transportent trois des quatre forces majeures qui déterminent les interactions entre ces éléments constitutifs. Bien avant que les physiciens expérimentateurs ne découvrent la présence de chacune de ces particules, les théoriciens les avaient prédites. Le modèle standard est comme un jeu de mots croisés : la théorie fournit des indices qui permettent aux physiciens de « combler » les lacunes. Le boson de Higgs fut la dernière lacune à combler.
Supersymétrie et au-delà
La supersymétrie est une théorie qui pourrait permettre d’étendre davantage la physique au-delà du modèle standard. Cela suggère qu’il existe une particule « superpartenaire » pour chaque particule existante dans le modèle standard. L’une des particules existantes dans le modèle standard s’appelle le quark top. Le « top squark » sur lequel Strobbe étudie est le superpartenaire théorisé du quark top. La découverte de preuves expérimentales de l’existence du squark pourrait aider les scientifiques à résoudre certains problèmes que le modèle standard actuel n’explique pas.
Le Compact Muon Solenoid (CMS) est un détecteur à usage général du Grand collisionneur de hadrons (LHC). Il dispose d’un vaste programme de physique allant de l’étude du modèle standard (y compris le boson de Higgs) à la recherche de dimensions et de particules supplémentaires susceptibles de constituer la matière noire. Crédit : CERN
Le rôle du LHC dans le progrès de la physique
Le LHC est essentiel aux travaux de Strobbe car il pourrait potentiellement produire ces particules supersymétriques. Des scientifiques, dont Strobbe, utilisent le LHC pour faire entrer en collision des protons dans le but de produire ces particules théoriques. Elle a récemment reçu le soutien du Bureau des sciences du DOE pour améliorer la façon dont apprentissage automatique peut interpréter les données du LHC.
Le LHC et les travaux de Strobbe nous aident à mieux comprendre les principes fondamentaux de l’univers. Ils jettent également les bases des technologies futures. Les connaissances acquises par les scientifiques en améliorant les technologies des accélérateurs de particules se sont révélées essentielles au développement de technologies médicales telles que les tomodensitogrammes et les IRM. Des éléments constitutifs de la matière à la technologie que nous utilisons pour sauver des vies, les physiciens trouvent de nouvelles façons d’élargir nos connaissances sur le monde qui nous entoure et au-delà.
