Le boson scalaire.

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La prédiction du boson scalaire par Robert Brout, François Englert et Peter Higgs

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/70717.htm

Une grande excitation règne au CERN à propos de l'annonce d'une possible découverte, ou en tout cas d'une forte avancée, dans le royaume des particules élémentaires : il s'agit de la recherche de la particule qui donne une masse à toutes les autres particules élémentaires, le fameux "boson scalaire", souvent appelé également "boson de Brout-Englert-Higgs", ou tout simplement "boson de Higgs".

Ce "maillon manquant" parmi les constituants les plus fondamentaux de la nature a été prédit il y a 48 ans par deux physiciens de l'Université libre de Bruxelles (ULB), Robert Brout et François Englert, et par Peter Higgs, de l'Université d'Edimbourg.

Alors que l'heure de vérité approche concernant l'existence de cette particule, il est sans doute utile de mettre en perspective le cheminement de sa prédiction.

Les articles originaux
L'article d'Englert et Brout et les deux articles de Higgs furent publiés en 1964, indépendamment et presque simultanément (voir chronologie ci-dessous). Ils établissaient le mécanisme dit de "brisure de symétrie" en théorie quantique des champs, la théorie qui décrit toutes les interactions fondamentales de la nature (sauf à ce jour la gravitation). Ce mécanisme implique l'existence d'une particule auxiliaire, un boson scalaire.

Les travaux de Brout-Englert et de Higgs ont ainsi fourni un élément décisif dans la construction du "Modèle Standard" des particules élémentaires. Plus tard dans l'année 1964, G.S. Guralnik, C.R. Hagen et T.W.B. Kibble ont à leur tour étudié ces questions, et leur article - qui cite ceux d'Englert-Brout et de Higgs - discute certains aspects plus techniques.

Le Modèle Standard constitue la théorie la plus précise et la plus complète jamais construite pour comprendre les interactions fondamentales de la nature. Le mécanisme de brisure de symétrie, qui forme une partie essentielle du Modèle Standard, montre comment des interactions à très courte distance entre particules élémentaires, comme la force nucléaire faible responsable de la désintégration radioactive, et des interactions à longue distance, comme l'interaction électromagnétique de portée infinie, peuvent avoir une origine commune. Sur base de ces idées, les théoriciens Sheldon Glashow, Abdus Salam et Steven Weinberg construisirent une théorie unifiant les interactions électromagnétique et faible, qui leur valut le prix Nobel en 1979. La découverte au CERN en 1983 des bosons massifs W et Z prédits par cette théorie valut l'année suivante le prix Nobel aux expérimentateurs Carlo Rubbia et Simon van der Meer.

Chronologie
Articles Date de réception Date de publication

F. Englert and R. Brout
Phys. Rev. Letters 13 (1964) 321 26/06/1964 31/08/1964
P.W. Higgs
Phys. Letters 12 (1964) 132 27/07/1964 15/09/1964
P.W. Higgs
Phys. Rev. Letters 13 (1964) 508 31/08/1964 19/10/1964
G.S. Guralnik, C.R. Hagen and T.W.B. Kibble
Phys. Rev. Letters 13 (1964) 585 12/10/1964 16/11/1964

Reconnaissance internationale
Les mérites exceptionnels pour la physique moderne des travaux de Brout, Englert et Higgs ont été reconnus par l'attribution de nombreux prix, dont les prix scientifiques les plus prestigieux en physique - excepté à ce jour le prix Nobel :
- le prix de la Société Européenne de Physique, division Hautes Energies et Particules, fut attribué à Brout, Englert et Higgs en 1997, "pour avoir formulé pour la première fois une théorie auto-consistante de bosons vecteurs chargés massifs, qui est devenue la base de la théorie électrofaible des particules élémentaires" ;
- le prix de Physique de la Fondation Wolf leur fut attribué en 2004 "pour leurs travail pionnier qui a élucidé la génération de la masse, lorsqu'une symétrie locale de jauge est réalisée de manière asymétrique dans le monde les particules subatomiques".

Il faut noter également que les mérites uniques de Brout, Englert et Higgs sont reconnus par le Comité Nobel dans l'article de revue "Contexte scientifique du prix Nobel de Physique 2008", publiée par l'Académie royale des Sciences de Suède. Le prix Nobel 2008 étant attribué à Yoichiro Nambu, le Comité écrit: "Les même idées (que celles de Nambu) furent avancées en 1964 pour la théorie de jauge relativiste par Robert Brout et François Englert, et aussi par Peter Higgs. Ils ont trouvé que la rupture spontanée d'une symétrie de jauge, comme dans la théorie non-relativiste de Nambu, ne produit pas une particule sans masse. Au contraire, ce mécanisme confère au champ vectoriel une masse et un état scalaire, la particule à ce jour toujours hypothétique de Higgs, qui est aussi un trait caractéristique de cette théorie".

Contrairement à certaines assertions, ce document reconnaît que les articles de Brout-Englert et de Higgs contiennent non seulement la description du mécanisme de rupture de symétrie, mais aussi la prédiction du boson "de Higgs".

Enfin, le prix JJ. Sakurai pour la Physique théorique de la Société américaine de Physique fut attribué en 2010 conjointement à Brout, Englert, Guralnik, Hagen, Higgs et Kibble "pour l'élucidation des propriétés de la brisure spontanée de symétrie dans une théorie relativiste de jauge à quatre dimensions et du mécanisme consistent de la génération des masses des bosons vecteurs". L'attribution de ce prix américain à une liste élargie d'auteurs, comprenant

Guralnik, Hagen, and Kibble, ne jette en aucune manière un doute sur les mérites de premier rang de Brout, Englert et Higgs.

Une mise au point de Steven Weinberg
Dans une contribution publiée en mai 2012 sur le site de la New York Review of books, Steven Weinberg, prix Nobel 1979, revient sur l'histoire : "Dans son livre récent (...), Frank Close souligne qu'une erreur de ma part est partiellement responsable de l'expression "boson de Higgs". Dans mon papier de 1967 sur l'unification des forces faible et électromagnétique, j'ai cité le travail de 1964 de Peter Higgs et de deux autres groupes de théoriciens. (...) Quant à ma responsabilité dans le nom de "boson de Higgs", elle est due à une erreur dans ma lecture des dates de ces trois premiers papiers : j'ai cru que le plus ancien était celui de Higgs, de sorte qu'en 1967 j'ai cité Higgs en premier lieu, et j'ai continué à le faire depuis.

Apparemment, d'autres physiciens m'ont suivi. Mais comme le signale Close, le premier papier des trois que je citais était en fait celui de Robert Brout et François Englert. Pour atténuer mon erreur, il faut remarquer que Higgs et Brout et Englert ont travaillé indépendamment et à peu près en même temps, ce qui fut aussi le cas du troisième groupe (Gerald Guralnik, C.R. Hagen et Tom Kibble). Mais le nom de "boson de Higgs" semble lui être resté". (Rappelons cependant à propos de la dernière phrase que Guralnik, Hagen et Kibble citent dans leur article les travaux de Englert-Brout et Higgs).

En conclusion...
Si le boson scalaire doit être découvert au LHC, cela constituera la vérification du travail visionnaire de Robert Brout, François Englert et Peter Higgs. Cette reconnaissance s'accompagnera cependant de tristesse, car Robert Brout nous a quittés en mai 2011.

Le boson de Higgs se confirme.

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Moins d’un mois après l’annonce de la découverte d’une particule compatible avec le boson de Higgs prédit par le modèle standard, l’équipe de l’expérience ATLAS du LHC vient de publier de nouveaux résultats qui affinent l’estimation de sa masse et éloignent définitivement l’éventualité d’une fausse détection. La masse est désormais estimée à 126+ /-0,4 GeV avec une significativité des observations de 5,9 sigma, soit une chance sur 1,7 milliard que le signal détecté soit dû au hasard.

Source : arXiv, 31 juillet 2012 (arXiv:1207.7214v1)

Mise en ligne le 02/08/2012

Le boson de Higgs laisse certains scientifiques sur leurs faims!

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http://area51blog.wordpress.com/

Les réactions après l’annonce mercredi de la découverte du boson de Higgs ne sont pas toutes enthousiastes. Certes, pour l’immense majorité des scientifiques, il s’agit d’une des plus grandes victoires de la physique moderne et « un autre grand bond pour l’humanité », pour reprendre les mots du président du conseil du Cern, Michel Spiro. Mais pour d’autres, la joie est teintée de déception, à l’image du physicien et cosmologiste Stephen Hawking. S’il considère que cette découverte mérite un Prix Nobel, il a déclaré à la BBC qu’elle était « dommage dans un sens, car les grandes avancées dans le domaine de la physique proviennent d’expériences dont les résultats sont inattendus ».

Quelques semaines avant la conférence du Cern, Futura-Sciences expliquait déjà que « la pire déception serait certainement que l’on annonce dans quelques mois que l’on a trouvé un seul boson de Higgs avec des propriétés identiques à celles prédites par le modèle standard. Si tel était le cas, il y a gros à parier que le LHC n’aurait servi à rien et que même les successeurs du LHC (Large hadron collider, l’accélérateur de particules du Cern, ndlr) ne seront pas vraiment en mesure de nous donner des signes d’une nouvelle physique. »

Car cette découverte, finalement, ne fait « que » confirmer une théorie qui était déjà largement acceptée. Les chercheurs voulaient trouver le boson depuis un demi-siècle, ils l’ont trouvé. Le directeur général du Cern était d’ailleurs laconique, mercredi, en annonçant : « Je pense que nous l’avons trouvé ».

Le boson de Higgs était un postulat du physicien écossais Peter Higgs, émis en 1964, et son existence est essentielle dans le cadre du « modèle standard » de la physique des particules. C’est lui qui permet d’expliquer pourquoi certaines particules ont une masse et d’autres n’en ont pas.

Le problème, c’est que ce modèle standard ne décrit pas toutes les forces qui animent l’Univers, et possède encore plusieurs zones d’ombre. Pour les éclairer, de nombreuses théories ont été proposées : des nouvelles dimensions, de nouvelles particules, des mini-trous noirs… Or, en prouvant l’existence du boson de Higgs sans valider aucune de ces nouvelles théories, l’accélérateur de particule du Cern laisse beaucoup de questions en suspens, rappelle le New Yorker.

Pour le scientifique britannique Stephen Wolfram, « homme le plus intelligent du monde » selon The Atlantic, le modèle de Higgs est un peu comme un « hack », une tricherie. Sur son blog, il explique avoir espéré depuis 35 ans que « finalement, on trouverait quelque chose de plus élégant et de plus profond pour expliquer quelque chose d’aussi fondamental que la masse des particules. Mais on dirait bien que la nature a choisi une solution simple au problème : le mécanisme de Higgs dans le modèle standard. »

Le scientifique continue en expliquant que « si le modèle standard est correct, l’annonce [de mercredi] est certainement la dernière découverte majeure que pourrons nous offrir les accélérateurs de particules actuels. Bien sûr, on peut toujours avoir une surprise, mais je ne parierais pas dessus. »

Déjà en 2008, Wired écrivait que la découverte du boson, rien que le boson, serait le pire scenario que pourrait offrir le LHC. « Ca ne confirmerait que ce que l’on sait déjà, sans faire avancer la science : quel ennui. » Le journaliste Adam Mann précise cette pensée : « Le boson de Higgs est déjà un peu trop ordinaire ».

Les scientifiques ne perdent néanmoins pas espoir. Notamment parce que cette découverte ouvre la porte à de nouvelles recherches. « Est-ce qu’on peut appliquer cette découverte à quelque chose ? Pour le moment, mon imagination est insuffisante. Comme l’imagination de Michael Faraday était bien trop petite pour envisager tout ce qu’il pouvait faire avec l’électricité lorsqu’il l’a découverte», a déclaré Albert de Roeck, physicien du Cern, à la Tribune de Genève.

Maria Spiropulu, professeur au California Institue of Technology, a elle expliqué au New York Times qu’elle avait toujours espoir d’être surprise par le boson. « Je ne veux pas que ça soit une histoire de modèle standard. Je ne veux pas que ça soit simple, ou symétrique, ou ‘comme prévu’. Je veux que cette découverte soit si complexe qu’elle m’envoie –qu’elle nous envoie tous- dans une impasse pendant un bon moment. »

Et dans tous les cas, rappelle Futura-Sciences, il reste encore des territoires« où l’humanité pourra progresser encore, en particulier technologiquement » : les neurosciences, la bio-informatique, l’information quantique, l’astrobiologie, la nanotechnologie et l’astronautique.

Découverte du boson de Higgs au CERN!

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Les scientifiques du CERN ont découvert une nouvelle particule subatomique, le boson de Higgs, a annoncé mercredi Fabiola Gianotti, porte-parole de l'équipe internationale 

"Nous disposons d'éléments attestant l'existence d'une nouvelle particule avec un niveau de fiabilité de 5 sigma [5 risques d'erreurs sur 10 millions]", a indiqué Mme Gianotti citée dans un communiqué du CERN. Elle a précisé que "la masse de la particule était de 126 gigaélectron-volts (GeV)". 

Le boson de Higgs comme un élément fondamental de la matière, car son existence maintenant établit, détermine la masse de toutes les autres particules dans l'univers.

Nouveau record pour le LHC!

Le Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN a établi vendredi un nouveau record du monde d'intensité de faisceau auprès d'un collisionneur de hadrons, faisant entrer en collision des faisceaux avec une luminosité de 4, 67 x 1032cm-2s-1. Ce nouveau record mondial pulvérise le précédent, de 4,024 x 1032cm-2s-1, détenu depuis 2010 par le collisionneur Tevatron du Laboratoire national de l'accélérateur Fermi, aux États-Unis, et marque une étape importante dans la mise en service du LHC.
"L'intensité de faisceau étant la clé du succès du LHC, c'est une avancée très importante", a déclaré le Directeur général du CERN, Rolf Heuer dans un communiqué.
"Qui dit intensité plus élevée, dit plus de données, et qui dit plus de données, dit aussi plus grand potentiel de découvertes", a- t-il ajouté.
Selon le CERN, la luminosité est une mesure du nombre de collisions se produisant dans un accélérateur de particules: plus la luminosité est élevée, plus la probabilité de collisions de particules est grande. Un point important lorsque l'on recherche des processus rares. Le boson de Higgs, par exemple, pour autant qu'il existe, sera produit très rarement. Il faudra donc une grande quantité de données pour pouvoir confirmer ou réfuter de manière incontestable son existence.
L'actuelle période d'exploitation du LHC devrait se poursuivre jusqu'à la fin de 2012. Les expériences auront ainsi le temps de recueillir suffisamment de données pour explorer complètement, dans leur quête d'une nouvelle physique, la gamme d'énergies accessibles avec des collisions à 3,5 TeV par faisceau, avant le passage à une exploitation à plus haute énergie.
D'ici la fin de la période d'exploitation actuelle, on devrait savoir si le boson de Higgs existe ou non, a expliqué le CERN.
Après deux semaines de préparation du LHC à ce nouveau niveau d'intensité de faisceau, la machine s'apprête à entrer dans une phase d'exploitation continue pour la physique, qui devrait se poursuivre jusqu'à la fin de l'année.
L'exploitation sera ensuite stoppée pour un bref arrêt technique, puis reprendra début 2012, a affirmé le CERN.
voir sur french.peopledaily

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Quoi de neuf au LHC?

Le Grand Collisionneur de Hadrons ( en Anglais LHC) est une énorme machine en forme d’anneau creux, installé au CERN près de Genève, et à cheval sur la frontière Franco-Suisse à 100 mètres de profondeur, et d’une circonférence de 27km. Il a été conçu par les physiciens pour vérifier les théories à la base de la physique moderne. Les chercheurs pensent obtenir de nouvelles réponses sur les constituants de l’infiniment petit au sein de l’univers et à l’échelle des particules. 

La matière est constituée de molécules, elles même constituées d’atomes, à leur tour constitués de noyaux et d’électrons tournant autour. Les noyaux sont également constitués de neutrons et de protons, eux-même constitués de quarks. Toutes ces particules ont une masse, et sont assemblées entre-elles grâce à des forces électromagnétiques (liant les électrons au noyau), et à des forces d’interaction forte ou faible (liant les quarks à l’intérieur des neutrons et protons). Tout cela permet d’établir ce que l’on appelle le modèle standard, l’ensemble des règles qui régissent la vie des particules élémentaires.



Les physiciens pensent que le modèle standard est insuffisant pour décrire toute la richesse de l’infiniment petit. Pour savoir quelle théorie doit succéder au modèle standard, de nouvelles données sont nécessaires. Pour ce faire il faut explorer des énergies de plus en plus élevées. Le LHC est là pour sonder ces hautes énergies. 


Ainsi les chercheurs pensent trouver avec le LHC des réponses aux questions suivantes : 


-Existe-t-il de nouvelles dimensions de l’espace ? 
-Peut-on fabriquer de mini-trous noirs ? 
-Les particules auraient-elles un « double » d’elle-même, dit supersymétrique (antimatière) ? 


Un incident est survenu en Octobre 2008 qui a retardé de presque un an le début de l’exploitation du LHC. Une fuite d’hélium due à une mauvaise connection entre deux aimants dans le secteur 3-4 du tunnel. Les sécurités ont fonctionnées, aucun danger n’a pu être constaté à la suite de l’incident. 


L'année 2011 devrait être décisive dans la mise en évidence de la matière noire. Les chercheurs du CERN qui travaillent sur le LHC estiment qu'ils n'ont jamais été aussi proches de la découverte des particules constituant la mystérieuse matière noire (ou l’antimatière décrite ci-dessus) 
Il était prévu initialement de faire fonctionner le LHC jusqu’à la fin 2011, puis de procéder à un arrêt technique afin de préparer la machine pour une exploitation à sa puissance nominale, soit 7 TeV par faisceau. Toutefois, l’excellente performance du LHC lors de sa première année d’exploitation a conduit à repenser ce calendrier. 


Les améliorations de performances du LHC attendues pour 2011 devraient permettre de multiplier par trois le taux de collecte de données par rapport à 2010. Les expériences du LHC devraient ainsi produire assez de données en 2011 pour disposer d’indices intéressants sur une potentielle « nouvelle physique ». 


Selon le calendrier annoncé aujourd’hui, le manège des particules fera son retour dans le LHC en février et la machine fonctionnera jusqu’à la fin décembre. L’exploitation sera ensuite stoppée pour un court arrêt technique, puis reprendra début 2012. 


LA SUITE



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Le LHC cherche le Big Bang.

Voila tris semaines que cela dure et ils vont le faire encore pendant une jusqu'au 6 décembre 2010.

Qui? Les scientifiques du CERN!

Quoi? Choquer des atomes de plomb afin de récréer le Big Bang mais aussi le juste après.


«Des collisions ont eu lieu à la bonne énergie et c'est loin d'être trivial!», résume Bruno Espagnon.

«Ce nouvel état de la matière se manifeste par l'émission d'un très grand nombre de particules -de l'ordre de 10.000- qui sont produites lors de chaque collision frontale de deux noyaux de plomb et observées par les détecteurs , explique Yves Schutz, directeur de recherche au CNRS. Ainsi lors des collisions d'ions plomb (constitués de 208 protons et neutrons), le nombre de particules produites est beaucoup plus important que pour une succession de 208 collisions entre protons. On observe donc un excédent dans la production de particules, signature de la formation de matière à des températures extrêmes.»

Il faut maintenant que les scientifiques déterminent si oui ou non leurs résultats ont bel et bien reproduit les micro-secondes qui ont suivis la naissance de l'univers.

Le choc de deux noyaux de plomb est d'une violence incroyable. Il faut comparer cela au choc de deux boites d'oeufs.

«Alors que les œufs étaient parfaitement rangés dans leur coquille, cette dernière se brise et les œufs se mélangent. Exactement comme le font les quarks et les gluons, qui ont alors un comportement différent de celui qu'ils ont à l'état habituel», explique Guy Wormser, directeur du Laboratoire de l'accélérateur linéaire d'Orsay et directeur de recherche au CNRS.

Le LHC est une aventure qui prochainement j'en suis sûr va révolutionner notre monde et notre connaissance de la physique.


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Le LHC cherche le Big Bang.

Voila tris semaines que cela dure et ils vont le faire encore pendant une jusqu'au 6 décembre 2010.

Qui? Les scientifiques du CERN! 

Quoi? Choquer des atomes de plomb afin de récréer le Big Bang mais aussi le juste après.

«Des collisions ont eu lieu à la bonne énergie et c'est loin d'être trivial!», résume Bruno Espagnon.

«Ce nouvel état de la matière se manifeste par l'émission d'un très grand nombre de particules -de l'ordre de 10.000- qui sont produites lors de chaque collision frontale de deux noyaux de plomb et observées par les détecteurs , explique Yves Schutz, directeur de recherche au CNRS. Ainsi lors des collisions d'ions plomb (constitués de 208 protons et neutrons), le nombre de particules produites est beaucoup plus important que pour une succession de 208 collisions entre protons. On observe donc un excédent dans la production de particules, signature de la formation de matière à des températures extrêmes.»

Il faut maintenant que les scientifiques déterminent si oui ou non leurs résultats ont bel et bien reproduit les micro-secondes qui ont suivis la naissance de l'univers.

Le choc de deux noyaux de plomb est d'une violence incroyable. Il faut comparer cela au choc de deux boites d'oeufs.

«Alors que les œufs étaient parfaitement rangés dans leur coquille, cette dernière se brise et les œufs se mélangent. Exactement comme le font les quarks et les gluons, qui ont alors un comportement différent de celui qu'ils ont à l'état habituel», explique Guy Wormser, directeur du Laboratoire de l'accélérateur linéaire d'Orsay et directeur de recherche au CNRS.

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Record de chaleur au LHC.

Voila qui est fait. Le LHC a provoqué la collision d'atomes de plomb ont produit 10 milliards de degrés de température. Un record pour le plus grand accélérateur du monde situé en France et en suisse. 

C'est « la plus haute température et la plus haute densité jamais atteintes au cours d’une expérience », selon David Evans de l’Université de Birmingham. Rappelons que le but est de découvrir et comprendre l'origine de notre univers.

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Record de chaleur au LHC.

Voila qui est fait. Le LHC a provoqué la collision d'atomes de plomb ont produit 10 milliards de degrés de température. Un record pour le plus grand accélérateur du monde situé en France et en suisse. 


C'est « la plus haute température et la plus haute densité jamais atteintes au cours d’une expérience », selon David Evans de l’Université de Birmingham. Rappelons que le but est de découvrir et comprendre l'origine de notre univers.

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Des mini big bang dans le LHC.

Le choc entre des particules est pour bientôt dans le LHC. Le plus puissant accélérateur de particules au monde a remplacé les protons par des atomes entiers de plomb. En agissant de la sorte les physiciens tentent de recréer les conditions physiques du juste après le big bang il y a 13 milliards d'années. 


En perdant progressivement leurs électrons, les atomes de plomb en deviennent des atomes purs qui seront envoyés en sens inverses sous forme de faisceaux. Lorsque les deux faisceaux se percuterons la température atteinte sera 100 000 fois supérieurs à celle du centre de notre soleil et une pression de 100 fois le poids de la terre sur une tête d'épingle, de quoi en avoir le vertige face à de tels chiffres. Ces mini big bang devrait permettre de comprendre comment l'univers à pu passer d'une soupe de molécules désorganisées à l'état d'univers ordonnés tels que nous le connaissons.





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Des mini big bang dans le LHC.

Le choc entre des particules est pour bientôt dans le LHC. Le plus puissant accélérateur de particules au monde a remplacé les protons par des atomes entiers de plomb. En agissant de la sorte les physiciens tentent de recréer les conditions physiques du juste après le big bang il y a 13 milliards d'années. 

En perdant progressivement leurs électrons, les atomes de plomb en deviennent des atomes purs qui seront envoyés en sens inverses sous forme de faisceaux. Lorsque les deux faisceaux se percuterons la température atteinte sera 100 000 fois supérieurs à celle du centre de notre soleil et une pression de 100 fois le poids de la terre sur une tête d'épingle, de quoi en avoir le vertige face à de tels chiffres. Ces mini big bang devrait permettre de comprendre comment l'univers à pu passer d'une soupe de molécules désorganisées à l'état d'univers ordonnés tels que nous le connaissons.

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Du positif pour le LHC

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Le Grand Collisionneur du CERN a déjà redécouvert plusieurs  particules. Un résultat rassurant sur son efficacité et sur son potentiel qui doit permettre de découvrir (vraiment) des particules simplement imaginées sur le plan théorique.

   La connaissance de la matière, de l’Univers progresse  par étapes forcément  longues. Des instruments de plus en plus puissants, comme le Grand Collisionneur de Hadrons (Large Hadrons Collider) du CERN sont nécessaires pour connaitre les particules qui constituent la matière.
  Les premiers résultats produits par le LHC sont dévoilés ce lundi  à Paris, à l'ICHEP, la plus grande conférence internationale sur la physique des particules du monde. Ces résultats ne sont pas des découvertes à proprement parler, mais des redécouvertes. Avant de détecter de nouvelles particules, il faut être sûr que des particules déjà découvertes, au CERN ou dans d’autres laboratoires, sont bien observées grâce au LHC. Le LHC pourra les observer en plus grand nombre et fournir davantage d’informations sur elles.

 Les porte-paroles des quatre grandes expériences LHC – ALICE, ATLAS, CMS et LHCb – présentent  à Paris les mesures résultant des trois premiers mois de fonctionnement du LHC à 3,5 TeV par faisceau. Cette énergie est trois fois et demie plus élevée que l’énergie atteinte à ce jour dans un accélérateur de particules. C’est cette puissance qui permet de désintégrer les particules lors de collisions de deux faisceaux circulant en sens inverse.
   Les premières mesures ont de redécouvrir les particules qui se trouvent au cœur du Modèle standard, la théorie qui correspond à la compréhension actuelle des particules de matière et des interactions s’exerçant entre elles. Le modèle standard englobe  toutes les particules connues ainsi que les trois interactions ayant un effet à l'échelle des particules : l'interaction électromagnétique, l'interaction forte et l'interaction faible. Il explique tous les phénomènes naturels sauf la gravitation. Le modèle standard prédit aussi l'existence du boson de Higgs, particule qui permet de donner une masse aux autres particules de la théorie. Cette particule n'a pas encore été découverte mais sa découverte est l’un des objectifs du LHC.

  Rolf Heuer, directeur général du CERN. Il semble que le Modèle standard répond aux attentes. Maintenant, c’est à la nature de nous montrer ce qu'il y a de nouveau. »

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Le big bang dans le LHC!

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Deux faisceaux de protons d'une énergie de 3,5 téraélectronvolts (Tev) se sont heurtés peu après 11h00 GMT à une vitesse très proche de celle de la lumière (300.000 km par seconde) au sein du Grand collisionneur de hadrons (LHC).

L'opération, une première mondiale à cette puissance, a réussi à la troisième tentative, après deux échecs dans la matinée, a indiqué Steve Myers, directeur du secteur des accélérateurs du Centre européen de la recherche nucléaire (Cern).

"C'est le début d'une ère nouvelle", a souligné Paola Catapano, scientifique et porte-parole du Centre européen de la recherche nucléaire (Cern). "C'est un moment extraordinaire. Nous avons enregistré d'importantes collisions sur les quatre détecteurs", a ajouté Philippe Bloch, chef du département de physique de l'organisation.

La détection des particules massives et éphémères pourrait aussi permettre de savoir de quoi est composée la matière noire qui représente 23% de notre univers, contre 4% seulement pour la matière visible qui constitue les étoiles et les planètes. Les 73 % restants sont l'énergie noire, ou force d'expansion de l'univers.(belga/cb)



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Le LHC va produire des collisions records.

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Le 30 mars, la promesse d’une nouvelle physique portée par la construction du plus grand accélérateur de particules, le LHC, va enfin prendre corps. Ce jour-là auront lieu les premières tentatives de collisions de particules atteignant une énergie record de 7 TeV (Tera électron-volt). Deux faisceaux de particules accélérés à 3,5 TeV lancés dans le grand anneau du LHC doivent se rencontrer pour produire ces collisions tant attendues.

Les particules élémentaires ne s’étant jamais rencontrées dans de telles circonstances, avec un tel niveau d’énergie, les physiciens espèrent y voir de nouveaux phénomènes, de nouvelles forces ou de nouvelles particules. L’un des objectifs du grand collisionneur de hadrons, via les détecteurs Atlas et CMS, est d’observer une particule dont l’existence n’est que théorique, le boson de Higgs, qui explique la masse des autres particules dans le modèle standard de la physique.

Depuis sa remise en service le 20 novembre 2009, le LHC a progressivement augmenté l’énergie de ses faisceaux. Des collisions à basse énergie ont eu lieu. Dès le 29 novembre le record mondial d’énergie pour un faisceau de particules était atteint (0,98TeV) et dépassé (atteignant 1,18 TeV) par le grand accélérateur du Cern.

Après un nouveau record en décembre, avec des collisions effectuées à une énergie de 2,36 TeV, le LHC a été stoppé pour réaliser des opérations de maintenance. Il a redémarré début mars et atteint pour la première fois le 19 mars une accélération à 3,5 TeV.

Il n’est pas certains que des collisions entre les deux faisceaux lancés à 3,5 TeV se produisent dès le premier jour d’essai, le 30 mars. Faire se rencontrer les deux faisceaux demande en effet des réglages d’une précision extrême et il faudra peut-être quelques jours pour y parvenir, préviennent les chercheurs qui travaillent au Cern.

Une fois obtenues les premières collisions à 7 TeV, le LHC devrait fonctionner pendant un an et demi à deux ans, précise le laboratoire européen de physique nucléaire. Le grand collisionneur sera ensuite de nouveau stoppé pour améliorer encore ses possibilités. L’objectif est d’atteindre des collisions à 14 TeV en 2013.

Cécile Dumas
Sciencesetavenir.fr


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Modification futur du LHC.

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Le plus grand des collisionneur de particules, le Large Hadron Collider (LHC) réussit pour l'instant sa mission et ce mois devrait atteindre des niveaux d'énergie sans précédent. Le LHC reste toutefois et pour longtemps encore une sorte de “prototype”. Pour monter en puissance, il faudra pousser la technologie dans ses derniers retranchements et cela exigera beaucoup de travail et de modifications. Il existe ainsi des limitations avec certains composants en cuivre impliqués dans la supraconduction. 

Depuis l'incident sur les éléments supraconducteurs et qui avait causé l'arrêt du LHC durant un an, les ingénieurs restent nerveux alors que les niveaux d'énergie montent. Il faudra donc probablement l'arrêter fin 2011 pour modifier la conception en fonction de ce que l'on apprend lors des essais. Le but ultime est de finir par atteindre les 14 TeV afin de recréer les conditions au moment du Big Bang.


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Le LHC est repartit.

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L'accélérateur de particules le plus puissant du monde, le LHC, mis en veille depuis décembre, a été remis en marche dimanche à l'aube, a annoncé le Centre européen de recherches nucléaires (Cern).

"Le LHC est de nouveau en marche. Les premiers rayons de 2010 ont circulé dans chaque direction à 04H10 (03H10 GMT)," a annoncé le Cern dimanche.

Le LHC, qui a coûté 3,9 milliards d'euros, avait été mis en veille en décembre après quelques semaines de fonctionnement. Il avait été relancé le 20 novembre 2009 après quatorze mois d'arrêt à la suite de pannes survenues quelques jours après son lancement le 10 septembre 2008.

Après sa remise en route en novembre 2009, le LHC avait été poussé à un niveau jamais atteint, obtenant plus d'un million de collisions de particules et réussissant à accélérer des faisceaux de protons à un niveau d'énergie sans précédent de 2,36 téraélectronvolt (TeV).

En 2010, le Cern a pour objectif de faire monter en énergie les faisceaux, pour obtenir des collisions à 7 TeV (3,5 Tev par faisceau), afin de tenter de recréer des conditions proches de celles qui prévalaient juste après le Big Bang.

Les chercheurs du Cern ambitionnent de trouver la preuve de l'existence des particules éphémères comme le boson de Higgs, surnommé "la particule de Dieu", à l'origine de la notion de masse en physique théorique. Les scientifiques espèrent aussi élucider les mystères de la "matière noire" et de "l'énergie noire", qui constitueraient 96% de l'univers. (belga)


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Le LHC va repartir.

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L'accélérateur de particules le plus puissant du monde, le LHC, mis en veille depuis décembre, va être remis en marche dans les jours qui viennent, a annoncé aujourd'hui le Centre européen de recherches nucléaires (Cern).

"Nous devrions avoir de nouveau des rayons dans le LHC entre lundi et mercredi, et les premières collisions à haute énergie, qui marqueront le véritable lancement du programme de recherche, deux à quatre semaines plus tard", a déclaré le porte-parole du CERN, James Gillies. "C'est ce qui était prévu lors de la fermeture en décembre", a-t-il rappelé.

Le Grand Collisionneur de Hadrons (Large Hadron Collider, LHC) est enfoui à 100 mètres sous terre entre la France et la Suisse, dans la banlieue de Genève. Lors de son arrêt en décembre, le Cern avait annoncé que l'accélérateur de particules redémarrerait "en février 2010 après un court arrêt technique en vue de collisions à plus haute énergie et du lancement du programme de recherche principal".



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Les résultats des premières expériences du LHC.

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Les résultats des premières expériences qui se sont tenues au Large Hadron Collider, le plus grand des collisionneurs de particules, viennent de voir le jour. Une des surprises fut que les expériences ont créé davantage de particules (pions et kaons) que ne le prévoyait la théorie. Ce genre de surprise ne devrait toutefois pas avoir d'impact sur les résultats des prochaines expériences plus puissantes. 

Le LHC est conçu pour faire se rencontrer des atomes et particules dans un tunnel circulaire de 27 km de diamètre afin de découvrir de nouvelles particules fondamentales et permettre de vérifier si les théories actuelles tiennent la route. Ces particules « supplémentaires » représenteront éventuellement un défi lorsque certaines expériences feront intervenir l'élément « plomb » qui va dégager de nombreuses particules. On en saura davantage lorsque les énergies de 7 TeV seront atteintes au cours des prochains mois.

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Énigme de l'antimatière

Où est passée l'antimatière ? C'est à cette question que tentent de répondre deux collaborations internationales situées au laboratoire Fermilab, aux États-Unis, qui viennent de réaliser de nouvelles mesures des phénomènes extrêmement rapides se produisant lors de transformations entre matière et antimatière. En première mondiale, les expériences menées au Tevatron, l'accélérateur du laboratoire Fermilab, auxquelles participent des équipes du CNRS/IN2P3 et du CEA/DSM/Dapnia, ont permis d'observer avec une précision inégalée la transition de certaines particules subatomiques (les mésons Bs) en antiparticules (les mésons anti-Bs) et vice-versa. La mesure de la « fréquence de cette transition » est très attendue par la communauté scientifique. A la clé, il y a l'établissement d'un modèle théorique de l'Univers et une meilleure compréhension d'une des grandes énigmes de la science : la disparition de l'antimatière.
Il est communément admis par les scientifiques que juste après le Big Bang, l'énorme quantité d'énergie disponible dans notre Univers naissant s'est transformée, conformément à la célèbre formule d'Einstein « E=MC2 », en des quantités égales de matière et d'antimatière.

Particules et antiparticules étant de même masse mais de charges opposées auraient dû tout naturellement s'annihiler les unes les autres, débouchant sur un univers rempli de rayonnement mais vide de matière. Manifestement, l'Univers dans lequel nous vivons aujourd'hui est constitué de matière et aucun atome d'antimatière à l'état naturel n'a pu être découvert. Les antiparticules ne sont produites que lors d'interactions de particules cosmiques avec l'atmosphère terrestre. C'est ainsi qu'en 1933 ont été observés les premiers positons (anti électrons de charge positive).

La disparition de l'antimatière dans l'Univers est donc une énigme, car le Modèle Standard de la physique des particules ne semble pas en mesure d'expliquer l'asymétrie qui serait nécessaire entre les quantités de matière et d'antimatière au début de l'Univers pour reproduire ce qui est observable aujourd'hui. L'enjeu des travaux actuels consiste à bâtir une nouvelle théorie au-delà de ce Modèle Standard qui puisse, en particulier, élucider cette énigme. Une façon d'aborder expérimentalement le problème est d'étudier les transitions entre des mésons Bs et leurs antiparticules, les mésons anti-Bs. Ces transitions sont possibles parce que ces mésons sont électriquement neutres. La fréquence de leurs transitions, qui est extrêmement élevée et donc très difficile à mesurer, est un élément clé pour y parvenir.



Première mesure de la fréquence de transition

Aujourd'hui, on sait couramment produire en laboratoire des antiparticules. Ainsi des faisceaux de protons et d'antiprotons sont accélérés dans le tube à vide du Tevatron, l'accélérateur de Fermilab, et mis en collision en deux points de sa circonférence, les points dits d'interaction, autour desquels ont été construits les détecteurs de deux expériences appelées « D0 » (prononcer « D zéro ») et « CDF ». Ces expériences sont menées par de grandes collaborations internationales, et leur but est de faire un grand nombre de mesures de précision qui puissent être confrontées au Modèle Standard et à ses possibles extensions. Afin de poursuivre ce programme ambitieux durant plusieurs années, de nombreux physiciens et ingénieurs ont amélioré les détecteurs existants, mais aussi développé, construit et installé de nouveaux moyens de détection.

Les données analysées par D0 et CDF correspondent aux informations laissées dans les détecteurs par le grand nombre de particules qui sont produites lors des interactions proton-antiproton aux deux points d'interaction. Pendant la période allant de février 2002 à janvier 2006, plusieurs dizaines de milliers de milliards d'interactions proton-antiproton ont eu lieu : un tri en ligne de ces interactions a réduit le flot de données à plusieurs milliards d'événements intéressants qui ont été enregistrés sur bandes magnétiques. L'acquisition d'une telle quantité de données a été rendue possible grâce aux excellentes performances du Tevatron et des détecteurs.

Grâce aux propriétés particulières de désintégration des mésons Bs et anti-Bs, la petite fraction d'événements contenant ces particules a été extraite de la masse de ceux qui ont été enregistrés. Elle a ensuite été analysée pour déterminer la fréquence de transition. Après un premier résultat de l'expérience D0, établissant que la fréquence de transition entre mésons Bs et anti-Bs est comprise entre 2700 et 3300 milliards de fois par seconde, CDF a annoncé la mesure de cette fréquence à une valeur de 2800 milliards de fois par seconde avec une précision inégalée de 2%, mesure à laquelle a directement contribué le groupe CDF du laboratoire physique nucléaire et hautes énergies (CNRS/IN2P3 et Universités Paris 6-7).

Ces résultats spectaculaires ont été rendus possibles par la conjonction des excellentes caractéristiques des ensembles de détection des expériences, des remarquables performances du Tevatron et d'une exploitation complète et judicieuse de tous ces outils et atouts au moyen d'analyses très élaborées.



Poursuivre l'exploration

La mesure de cette fréquence constitue un réel tour de force et renforce par sa précision la connaissance du Modèle Standard. La valeur obtenue demeure néanmoins conforme au cadre de ce modèle et indique donc que l'on n'a pas encore réussi à en atteindre les limites. Cela implique d'utiliser un autre outil que les transitions des mésons Bs pour mettre en évidence la source de l'asymétrie primordiale entre matière et anti-matière.

Les physiciens poursuivent déjà cette exploration pour tenter de mettre en défaut le Modèle Standard sur plusieurs fronts, dès maintenant au Tevatron et très bientôt au LHC à Genève. C'est en effet par la juxtaposition d'un ensemble d'indices que l'on pourra percer les mystères de l'Univers.
Source:CNRS