1er juillet 2016
À la recherche de nouvelles particules au LHC

La chasse aux particules bat son plein au LHC. Pour la deuxième année consécutive, le Grand collisionneur de hadrons fonctionne à une énergie de collision inégalée, franchissant récemment des records d’intensité. À l’heure où les conférences d’été approchent, ces performances permettent de fournir aux expériences une bonne quantité de données à analyser avec, peut-être, des découvertes à la clé.

BONUS : retrouvez à la fin de cet article la BD du LHC dédiée aux derniers résultats des expériences Atlas et CMS.

Le LHC bat des records d’intensité

L’intensité monte au LHC, et ce n’est pas fini ! De plus en plus de protons circulent dans l’accélérateur, portant le taux de collision dans les expériences à des niveaux records. Les faisceaux sont formés de « trains » de paquets, contenant chacun environ 100 milliards de protons. Ces trains de paquets circulent à une vitesse proche de celle de la lumière dans des directions opposées et se croisent au centre des expériences. L’intensité des faisceaux, autrement dit le nombre de paquets de protons, a été graduellement augmentée pour arriver à 2040 paquets de protons par faisceau.

En ce moment, la quantité de données accumulée au LHC chaque semaine équivaut à la moitié de celle collectée sur toute l’année 2015 !

Des territoires inconnus bientôt révélés ?

Rappelez-vous, la première phase d’exploitation du LHC (mars 2010- décembre 2012), appelée « run 1 », avait déjà fourni (à une énergie de 7 TeV puis 8 TeV) assez données pour que les expériences Alice, Atlas, CMS et LHCb puissent publier une moisson de résultats, tous en accord avec les prédictions du modèle standard de la physique des particules. Le résultat phare fut la découverte en 2012, par Atlas et CMS, du boson de Higgs, seule particule du modèle standard qui n’avait pas été observée jusqu’alors. En revanche, cette première phase n’a fourni aucun indice sur la physique au-delà du modèle standard.

Pendant la phase actuelle d’exploitation du LHC, commencée en 2015 et appelée « run 2 » (ou « saison 2 »), une énergie de collision inégalée (13 TeV) permet aux collaborations scientifiques d’accéder à de nouveaux domaines de masse pour tester l’existence de particules « hypothétiques ».

Parmi ces études, on peut noter une analyse de données issues du « run 2 » qui a été récemment été publiée par les collaborations Atlas (dans le Journal of high energy physics) Atlas et CMS (dans les Physical review letters). Elles montrent un léger excès d’évènements par-dessus le bruit de fond, dans le canal où deux photons sont observés dans l’état final (dit « diphoton »), pour une masse proche de 750 GeV. Cela pourrait signifier, si ce résultat se confirme, l’existence d’une nouvelle particule inattendue. Cependant, pour l’instant, la signification statistique du résultat reste trop faible pour être probante et il faudra enregistrer plus de données pour conclure. Les laboratoires français du CNRS et du CEA jouent un rôle important dans la construction d’éléments des détecteurs et les analyses qui ont conduit à ces publications.
La montée en énergie et l’intensité inégalée de l’accélérateur LHC permettent aux scientifiques d’accéder à un territoire totalement inexploré pour rechercher des signes de physique au-delà du modèle standard des particules. De nombreuses questions restent sans réponse sur la nature de la matière noire, la différence entre matière et antimatière ou l’existence de dimensions supplémentaires d’espace pour n’en citer que quelques unes. Plus le LHC accumule de données, et plus ces questions deviennent accessibles aux expériences. Les scientifiques vont donc pouvoir mettre à l’épreuve les modèles existants et peut-être même interroger les cadres théoriques actuels.

Le prochain grand rendez-vous pour la physique du LHC se tiendra à Chicago, début août, lors de la conférence ICHEP 2016. Les expériences du LHC y dévoileront une bonne partie des données produites par le LHC ces derniers mois. Nous en saurons alors plus sur la quête de cette « nouvelle physique ».

BONUS : Comment sait-on qu’on a fait une découverte en physique des particules ?

Suivez Lison Bernet dans son enquête sur les « bobosses » mystérieuses, à la rencontre de deux chercheuses françaises : Sandrine Laplace du CNRS et Nathalie Besson du CEA.

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