Une découverte expérimentale sur les particules pourrait totalement révolutionner notre connaissance de l’univers<!-- --> | Atlantico.fr
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Le détecteur du collisionneur Fermilab à Chicago.
Le détecteur du collisionneur Fermilab à Chicago.
©AFP / Laboratoire Fermi / DR

Prouesse scientifique

C’est ce qu’affirment les chercheurs du laboratoire Fermilab de Chicago qui ont constaté que la masse du boson W ne serait en réalité pas celle que lui prédisent les lois actuelles de la physique moderne.

Jan Stark

Jan Stark

Jan Stark est chercheur du CNRS et directeur du Laboratoire des 2 infinis de Toulouse.

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Atlantico : Des scientifiques américains ont découvert que la masse d'une particule subatomique, nommée boson W, est 0,1 % plus massive que le prévoyaient les théories. Les résultats de cette découverte ont été qualifiés de "choquants" par le professeur David Toback, co-porte-parole du projet. Qu’est qu’une particule sub-atomique ? Qu’est ce que ces résultats remettent en question ? 

Jan Stark : En physique, depuis des millénaires, nous cherchons à savoir de quoi est faite la matière. Est-ce qu’on peut la diviser, la couper ? Dès la Grèce antique, l’hypothèse qu’on ne pouvait plus diviser la matière a émergé, donnant naissance à la notion d’atome. Pourtant, nous avons découvert à plusieurs reprises que certains éléments que nous pensions élémentaires avaient en fait une structure interne. Comme par exemple les atomes étudiées en chimie - ces atomes sont constitués de particules encore plus petites, des particules dites subatomiques. Parmi les particules subatomiques, les particules élémentaires seraient les derniers éléments que l’on ne peut plus découper.

Comment savoir ce que représente une masse 0,1% plus élevée que prévu ? Il est important de relativiser. Dans le modèle standard de la physique des particules, nous avons une classification des particules fondamentales. Il y a l’électron, le boson de Higgs, le boson W… Les masses de ces particules ne sont pas prédites. En effet, l’un des soucis de cette théorie est qu’elle contient de nombreux paramètres libres, qui peuvent prendre n’importe quelle valeur. Pour se faire une idée de leur masse, il faut en réalité comparer ces particules entre elles. Attention, cela ne marche pas avec l’ensemble des particules. 

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Ce qui est choquant dans cette découverte, c’est que cette relation qui vient d’un modèle mathématique résiste à tous les tests expérimentaux depuis une cinquantaine d’années. En même temps, il est frustrant que ce résultat est incompatible avec deux expériences effectuées précédemment. Ces résultats remettent donc en question l’ensemble du modèle standard de la physique des particules, qui englobe toute notre compréhension de la physique fondamentale. Le terme très large de modèle standard correspond à la mécanique quantique, à la relativité restreinte d’Einstein … Si celle-ci était remise en question, cela serait un véritable tremblement de terre, balayant l’ensemble de nos connaissances. 

Si ces résultats étaient confirmés, ils pourraient permettre de nombreuses avancées sur notre compréhension de l'univers. Quelles sont les possibilités suite à cette découverte ?

La notion de compréhension de l’univers concerne son comportement actuel, les interactions entre les particules, les différentes forces élémentaires … Tout cela peut s’écrire par des formules mathématiques. À titre d’exemple, on sait que dans les premiers instants après le Big Bang, il y avait une soupe très dense, très chaude, de particules élémentaires. On peut tout à fait mesurer leur comportement. En revanche, on a beaucoup plus de mal à réconcilier l’expansion de l’univers avec le modèle standard de la physique des particules. Il en est de même pour l’infiniment petit et l’infiniment grand, par exemple. 

Si jamais cette découverte était confirmée, le modèle standard serait remis en question, même s’il ne serait pas à jeter. Si ce résultat était confirmé, on découvrirait sûrement des particules très lourdes inconnues, porteuses d’une nouvelle force fondamentale. 

Reste-t-il encore beaucoup de chemin avant de mieux cerner les mystères qui nous entourent ? Pouvons-nous espérer en savoir davantage d’ici quelques années ? 

De nombreux résultats d’études sont attendus dans les années qui viennent. La recherche de nouvelles particules lourdes demande beaucoup de temps et d’investissements. Il faudrait notamment construire de nouveaux accélérateurs de particules, plus puissants. Cela serait une sorte de rêve puisque nous pourrions faire de gros progrès dans ce domaine. 

Jan Stark (CNRS)
Directeur du L2IT ; responsable de l’équipe « physique des particules »
Laboratoire des 2 Infinis - Toulouse (L2IT) 
Université Paul Sabatier

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