Cet été à Chicago, du 3 au 10 août, des théoriciens et physiciens expérimentaux du monde entier participeront à la Conférence internationale de physique des hautes énergies (ICHEP). L'un des points forts de cette conférence vient des Laboratoires du CERN, où les physiciens des particules présentent la richesse des nouvelles données que le Grand collisionneur de hadrons (LHC) a produites jusqu'à présent cette année.
Mais au milieu de toute l'excitation qui vient de pouvoir regarder les plus de 100 derniers résultats, certaines mauvaises nouvelles ont également dû être partagées. Grâce à toutes les nouvelles données fournies par le LHC, la chance qu'une nouvelle particule élémentaire ait été découverte - une possibilité qui avait commencé à apparaître probablement il y a huit mois - s'est maintenant estompée. Dommage, car l'existence de cette nouvelle particule aurait été révolutionnaire!
Les indications de cette particule sont apparues pour la première fois en décembre 2015, lorsque des équipes de physiciens utilisant deux des détecteurs de particules du CERN (ATLAS et CMS) ont noté que les collisions effectuées par le LHC produisaient plus de paires de photons que prévu, et avec une énergie combinée de 750 gigaélectronvolts. Alors que l'explication la plus probable était un hasard statistique, il y avait une autre possibilité alléchante - qu'ils voyaient des preuves d'une nouvelle particule.
Si cette particule était en fait réelle, il s'agissait probablement d'une version plus lourde du boson de Higgs. Cette particule, qui donne aux autres particules élémentaires leur masse, avait été découverte en 2012 par des chercheurs du CERN. Mais alors que la découverte du boson de Higgs a confirmé le modèle standard de physique des particules (qui a été la convention scientifique des 50 dernières années), l'existence possible de cette particule était incompatible avec elle.
Une autre théorie, peut-être encore plus excitante, était que la particule était le gravitron recherché depuis longtemps, la particule théorique qui agit comme le «porteur de force» de la gravité. Si c'était bien cette particules, les scientifiques auraient enfin un moyen d'expliquer comment la relativité générale et la mécanique quantique vont de pair - quelque chose qui leur a échappé pendant des décennies et a inhibé le développement d'une théorie de tout (ToE).
Pour cette raison, la communauté scientifique a suscité un certain enthousiasme, avec plus de 500 articles scientifiques produits sur le sujet. Cependant, grâce aux quantités massives de données fournies au cours des derniers mois, les chercheurs du CERN ont été obligés d'annoncer vendredi à l'ICEP 2016 qu'il n'y avait aucune nouvelle preuve d'une particule à posséder.
Les résultats ont été présentés par des représentants des équipes qui ont remarqué pour la première fois des données inhabituelles en décembre dernier. Bruno Lenzi représentait le détecteur ATLAS du CERN, qui a d'abord noté les paires de photons. Pendant ce temps, Chiara Rovelli représente l'équipe concurrente qui utilise le solénoïde compact de muons (CMS), ce qui a confirmé les lectures.
Comme ils l'ont montré, les relevés qui indiquaient une bosse dans les paires de photons en décembre dernier sont depuis entrés dans la ligne plate, levant tout doute quant à savoir s'il s'agissait ou non d'un coup de chance. Cependant, comme Tiziano Campores - un porte-parole de C.M.S. - a été cité par le New York Times comme le disait la veille de l'annonce, les équipes avaient toujours été claires sur le fait que ce n'était pas une possibilité probable:
"Nous ne voyons rien. En fait, il y a même un petit déficit exactement à ce point. C'est décevant parce que beaucoup de battage médiatique a été fait à ce sujet. [Mais] nous avons toujours été très cool à ce sujet. »
Ces résultats ont également été mentionnés dans un document soumis au CERN par le C.M.S. équipe le même jour. Et les Laboratoires du CERN ont fait écho à cette déclaration dans un récent communiqué de presse qui traitait du dernier transfert de données présenté à l'ICEP 2016:
"En particulier, l'allusion intrigante d'une possible résonance à 750 GeV se désintégrant en paires de photons, qui a suscité un intérêt considérable de la part des données de 2015, n'a pas réapparu dans l'ensemble de données beaucoup plus large de 2016 et semble donc être une fluctuation statistique."
Toutes ces nouvelles étaient décevantes, car la découverte d'une nouvelle particule aurait pu éclairer les nombreuses questions soulevées par la découverte du boson de Higgs. Depuis qu'elle a été observée pour la première fois en 2012 et confirmée plus tard, les scientifiques ont du mal à comprendre comment la chose même qui donne aux autres particules leur masse pourrait être si «légère».
Bien qu'elle soit la particule élémentaire la plus lourde - avec une masse de 125 milliards d'électrons volts - la théorie quantique a prédit que le boson de Higgs devait être des billions de fois plus lourd. Pour expliquer cela, les physiciens théoriciens se sont demandé s'il y avait en fait d'autres forces à l'œuvre qui maintiennent la masse du boson de Higgs à distance - c'est-à-dire de nouvelles particules. Bien qu'aucune nouvelle particule exotique n'ait été découverte pour l'instant, les résultats jusqu'à présent sont toujours encourageants.
Par exemple, ils ont montré que les expériences du LHC avaient déjà enregistré environ cinq fois plus de données au cours des huit derniers mois que l'année dernière. Ils ont également offert aux scientifiques un aperçu du comportement des particules subatomiques à des énergies de 13 trillions d'électronvolts (13 TeV), un nouveau niveau atteint l'année dernière. Ce niveau d'énergie a été rendu possible grâce aux mises à niveau effectuées sur le LHC au cours de son interruption de deux ans; avant cela, il ne fonctionnait qu'à demi-puissance.
Le fait que le LHC ait dépassé tous les records de performances antérieurs en juin dernier a atteint une luminosité maximale de 1 milliard de collisions par seconde. La possibilité de mener des expériences à ce niveau d'énergie et impliquant autant de collisions a fourni aux chercheurs du LHC un ensemble de données suffisamment grand pour pouvoir effectuer des mesures plus précises des processus du modèle standard.
En particulier, ils seront en mesure de rechercher des interactions de particules anormales à haute masse, ce qui constitue un test indirect pour la physique au-delà du modèle standard - en particulier de nouvelles particules prédites par la théorie de la supersymétrie et autres. Et bien qu'ils n'aient pas encore découvert de nouvelles particules exotiques, les résultats ont jusqu'à présent été encourageants, principalement parce qu'ils montrent que le LHC produit plus de résultats que jamais.
Et alors que découvrir quelque chose qui pourrait expliquer les questions soulevées par la découverte des bosons de Higgs aurait été une percée majeure, beaucoup conviennent qu'il était tout simplement trop tôt pour susciter nos espoirs. Comme Fabiola Gianotti, la Directrice générale du CERN, l'a déclaré:
"Nous ne sommes qu'au début du voyage. Les superbes performances de l'accélérateur du LHC, des expériences et des calculs sont de très bon augure pour une exploration détaillée et complète de plusieurs échelles d'énergie TeV, et des progrès significatifs dans notre compréhension de la physique fondamentale. »
Pour le moment, il semble que nous devrons tous être patients et attendre que des résultats scientifiques supplémentaires soient produits. Et nous pouvons tous nous consoler du fait que, du moins pour l'instant, le modèle standard semble toujours être le bon. De toute évidence, il n'y a pas de raccourcis pour déterminer comment fonctionne l'Univers et comment toutes ses forces fondamentales s'emboîtent.
