Le CERN, le plus grand laboratoire de physique des particules au monde, fera circuler des faisceaux de particules dans le grand collisionneur hadronique (Large Hadron Collider – LHC) à partir du 10 septembre. Le LHC, situé à cheval sur la frontière franco-suisse tout près de Genève, est l’accélérateur de particules le plus puissant au monde. Cette première « injection de faisceaux » représente le point culminant de deux décennies de travaux de la part de milliers de chercheurs dans le monde.

Les détails du lancement et d’autres renseignements émanant du CERN sont accessibles à l’adresse

LA PHYSIQUE DES PARTICULES

De façon étonnante, tous les objets qui nous entourent – par exemple les nuages, les voitures et les gens – et qui constituent un kaléidoscope de formes, de couleurs et de textures, sont faits d’un nombre relativement faible de composantes, à peine une centaine de types d’atomes : carbone, oxygène, uranium, etc. De plus, n’importe quel atome peut être formé à partir de seulement trois composantes encore plus fondamentales : les protons et neutrons, qui forment le noyau atomique, et les électrons, qui enveloppent le noyau dans une étrange danse quantique.

Dès le début des années 1930, les physiciens connaissaient cette structure de la matière, formée de protons, de neutrons, et d’électrons. Cependant, les composantes fondamentales de la matière – les particules élémentaires, comme on les connaît aujourd’hui – sont d’une nature encore plus profonde. De plus, l’idée de particules élémentaires s’étend également aux forces. Par exemple, en essayant de comprendre comment la lumière et d’autres formes de force électromagnétique interagissent avec la matière, Albert Einstein – élaborant à partir des travaux de Max Planck – a émis en 1905 l’hypothèse remarquable que la lumière est un flot de particules élémentaires, que l’on a appelées plus tard photons.

L’idée de particules élémentaires constituant les composantes de toute la matière aussi bien que des forces est l’un des plus grands succès de la physique du XXe siècle. Ironiquement, la plus grande remise en question de cette idée vient de la force la plus apparente et donc la plus ordinaire de la nature : la gravité. Un autre profond mystère est celui de l’origine de la masse des particules élémentaires, dont l’explication pourrait résider dans la particule appelée boson de Higgs, qui demeure insaisissable. Les scientifiques de l’IP et d’autres membres de la communauté internationale de la recherche travaillent en collaboration avec le CERN pour relever ces défis et d’autres défis du XXIe siècle.

À LA RECHERCHE DU BOSON DE HIGGS

Selon le modèle standard, certaines particules comme l’électron et les quarks sont intrinsèquement dépourvues de masse. Pour qu’elles aient une masse (ce qui est manifestement le cas), le modèle standard se fonde sur l’existence d’une particule supplémentaire – le boson de Higgs. En gros, l’idée est que tout l’espace est rempli d’un « fluide quantique » appelé champ de Higgs. Le boson de Higgs est au champ de Higgs ce que le photon est au champ électromagnétique. Un peu comme si elles se déplaçaient dans de la mélasse, les particules acquièrent une masse en interagissant avec ce fluide.

Le boson de Higgs n’a pas encore été directement détecté. Comme on croit qu’il s’agit d’une particule très lourde, il faut un accélérateur de particules de très grande énergie pour le créer et confirmer son existence (rappelons-nous que E = mc2). Il y a beaucoup d’enthousiasme et d’espoir que le nouveau grand collisionneur hadronique (LHC) de l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire, le CERN, soit le premier à permettre l’observation directe de cet insaisissable boson de Higgs.

Si son existence était confirmée, cela nous rapprocherait de la théorie de la grande unification, dans laquelle trois des quatre forces fondamentales sont des aspects différents d’une seule force unifiée, tout comme les forces électrique et magnétique ne sont que deux aspects différents de la force électromagnétique. Nous pourrions aussi découvrir des données probantes de l’existence d’une « supersymétrie », selon laquelle pour chaque particule de notre tableau périodique, il existe une particule « superpartenaire » non encore détectée, ingrédient crucial de la théorie des supercordes.

RESSOURCES EN LIGNE POUR EN SAVOIR PLUS

Les ressources multimédias ci-dessous, où figurent des scientifiques de premier plan, donnent beaucoup plus d’information sur la physique des particules et les domaines de recherche connexes. Cliquez sur un lien pour obtenir une description complète de chaque conférence publique de l’IP et choisir le format de visionnement.

Le grand collisionneur hadronique : le microscope le plus puissant au monde – Robert Orr, John Ellis (introduction élémentaire)

La physique fondamentale en 2010 – Nima Arkani-Hamed (niveau avancé)

Une soirée avec un prix Nobel : l’origine de la masse et la faiblesse de la gravité – Frank Wilczek (niveau avancé)

L’origine de l’univers – Steven Weinberg (niveau intermédiaire)

La quête de la supersymétrie – Edward Witten (niveau intermédiaire)