You are currently viewing “Tout le monde veut rechercher un signal qui dépasse le modèle physique standard”

“Tout le monde veut rechercher un signal qui dépasse le modèle physique standard”

Le Grand collisionneur de hadrons (LHC), la machine la plus grande et la plus complexe jamais construite par l’humanité, a repris ses activités en avril de cette année après près de trois ans de maintenance et de mises à niveau. Après que l’accélérateur de particules a commencé à écraser des particules à un niveau d’énergie sans précédent, le CERN (l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire) a annoncé que le LHC avait aidé à trouver trois particules inédites : un nouveau type de « pentaquark » et une paire de «tétraquarks», qui n’ont jamais été observés auparavant.

Nicola Neri, un membre senior de l’expérience LHCb (LHC beauty) a parlé à indianexpress.com de la nouvelle découverte, de l’avenir des accélérateurs de particules et pourquoi les scientifiques espèrent que la prochaine découverte du LHC décomposera le modèle standard, un modèle de la physique des particules qui semble tenir compte de toutes les découvertes faites par le LHC jusqu’à présent. Voici une version éditée de l’interview.

Q : Qu’est-ce que ce nouveau pentaquark et la paire de tétraquarks ?

Nous avons découvert des particules exotiques, ce qui signifie qu’elles n’existent pas naturellement et ne sont pas de la matière ordinaire. Les quarks sont des particules fondamentales et ils se combinent pour former des hadrons comme des baryons avec trois quarks et des mésons avec un quark et un antiquark. Ce sont des particules que nous étudions et nous connaissons très bien leurs propriétés.

Expériences sur le grand collisionneur de hadrons (LHC) : le pentaquark récemment découvert est illustré ici sous la forme d’une paire de hadrons standard liés de manière lâche dans une structure semblable à une molécule. Il est composé d’un quark down, d’un quark étrange, d’un quark charmé et d’un antiquark charmé. (Crédit image : CERN)

Mais les exotiques sont différents et ils sont fabriqués différemment. Dans le cas du pentaquark nouvellement découvert, c’est toujours un baryon mais avec les trois quarks, il a une paire supplémentaire composée d’un quark et d’un antiquark. Les deux tétraquarks font partie de la famille des mésons mais au lieu d’avoir des paires de quarks et d’antiquarks, il a deux paires de quarks. Ces états ont été prédits dans le modèle des quarks nominaux introduit dans les années soixante mais ces états n’ont pas été trouvés jusqu’à présent.

Q : Comment détectez-vous ces particules alors qu’elles ont une durée de vie aussi courte ?

Leur durée de vie est très courte. Ils sont produits et se décomposent presque immédiatement. La technique que nous utilisons est la reconstruction du processus de désintégration. Les particules exotiques se désintègrent en particules chargées plus stables qui se déplacent dans le volume de suivi de nos détecteurs. Quand ils font cela, ils se plient à l’intérieur du champ magnétique que nous avons et libèrent de l’énergie dans les détecteurs. Nous pouvons détecter ce signal d’énergie pour calculer leur position et leur trajectoire, nous aidant ainsi à reconstruire le processus de désintégration et à comprendre de quelles particules exotiques elles proviennent.

Bien sûr, c’est un processus très complexe. Nous utilisons des techniques de reconnaissance de formes pour nous assurer que nous attribuons les bons coups à la bonne piste. Cela nécessite des détecteurs très avancés, un traitement de données très avancé et un logiciel de reconstruction très avancé que nous avons développé.

Q : Quelle est l’importance de la découverte de ces particules ?

C’est très intrigant du point de vue de la théorie de la physique des particules. Nous ne savons pas actuellement quel est le mécanisme qui lie les quarks dans ces états entre eux. C’est pourquoi il y a beaucoup d’intérêt. Nous savons que ces particules existent, nous pouvons les détecter et nous pouvons mesurer leurs propriétés, mais nous ne savons vraiment pas comment ces particules sont liées entre elles.

Expériences sur le grand collisionneur de hadrons (LHC) : les deux nouveaux tétraquarks sont illustrés ici sous la forme d’unités uniques de quarks étroitement liés. La particule représentée à gauche est composée d’un quark charme, d’un antiquark étrange, d’un quark up et d’un antiquark down. La particule de droite est composée d’un quark charme, d’un antiquark étrange, d’un antiquark up et d’un quark down. (Crédit image : CERN)

Q : Quel est votre plan d’action pour en savoir plus sur le mécanisme de liaison de ces particules ?

C’est un moment assez unique pour nous depuis que nous avons mis à jour et amélioré notre détecteur. Les capacités améliorées faciliteront l’utilisation des données générées par le détecteur pour reconstruire ce cas. Nous avons également une nouvelle stratégie de déclenchement, ce qui signifie que nous serons plus efficaces pour reconstruire ce cas avec plus de précision. Nous ferons plus de mesures et il pourrait y avoir plus de découvertes dans les années à venir, pour nous amener à une meilleure compréhension.

Q : Selon vous, quelles théories pourraient aider à comprendre les propriétés de liaison des particules ?

Une théorie est celle de la chromodynamique quantique (QCD), qui est une théorie évaluée qui décrit les interactions fortes. Nous savons que cela peut expliquer le type d’interactions fortes que nous avons observées. Mais en raison de nos capacités limitées à calculer les effets des interactions fortes, nous ne pouvons pas prédire exactement comment fonctionnent les interactions fortes dans les particules nouvellement découvertes.

Nous avons construit des modèles basés sur cette théorie et nous essayons d’évaluer les modèles basés sur davantage de données entrantes. Un modèle intéressant est que ce sont des unités constituées de quarks étroitement liés et il existe des preuves à l’appui. Il existe une autre théorie selon laquelle il s’agit de plusieurs hadrons liés entre eux de manière lâche.

Q : Toutes les nouvelles découvertes faites par le LHC s’intègrent apparemment bien dans le modèle standard, mais les scientifiques sont impatients de faire des découvertes qui n’y correspondent pas. Pourquoi est-ce le cas alors que vous avez un modèle qui semble si bien expliquer tant de phénomènes en physique des particules ?

Nous avons un modèle pour décrire les interactions entre ces particules fondamentales, oui. Tout semble cohérent. Cependant, nous savons qu’il existe des preuves provenant d’autres domaines de la physique des particules que nous ne pouvons pas expliquer à l’aide du modèle standard. Cela ne peut pas expliquer certains des résultats que nous observons. Par exemple, nous n’avons pas d’explication pour la matière noire ou l’énergie noire. Un mélange de neutrinos. Nous ne comprenons pas tout cela. Il y a donc beaucoup de phénomènes que nous observons sans encore aucune explication.

Nous savons déjà qu’il doit y avoir quelque chose que le modèle standard ne prédit pas parce que nous en avons des preuves indirectes. Nous ne pouvons pas formuler une théorie si nous ne savons pas quel mécanisme de base est responsable de ces effets. C’est pourquoi nous recherchons quelque chose au-delà de ce modèle. Si nous découvrons quelque chose comme ça, ce serait un changement de paradigme. Ce serait une révolution dans le domaine.

C’est pourquoi tout le monde veut rechercher un signal qui va au-delà du modèle standard. Cela signifierait que nous devons réécrire une partie de la physique que nous connaissons. Par exemple, nous savons qu’il existe quatre forces fondamentales : les forces fortes, faibles, électromagnétiques et gravitationnelles. Il pourrait y avoir une cinquième force que nous ne connaissons pas encore. Cet exemple est juste pour vous donner une idée, mais c’est pourquoi il y a une forte excitation pour quelque chose qui enfreint les règles du modèle standard.

.

Leave a Reply