Sciences dessus dessous

Sciences dessus dessous - Auteur
  • Jean-François Cliche

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    Vendredi 21 avril 2017 | Mise en ligne à 10h38 | Commenter Commentaires (14)

    LHC : dernières nouvelles de l’Univers

    Mine de rien, ça prend des très gros détecteurs pour mesurer l'infiniment petit... (Photo : CERN)

    Le LHCb : mine de rien, ça prend des très gros détecteurs pour mesurer l'infiniment petit... (Photo : CERN)

    C’est drôle comme le hasard fait les choses, des fois. J’avais une entrevue prévue cette semaine depuis un bon bout de temps avec le physicien de l’UdeM Jean-François Arguin pour faire un suivi sur les activités du Large Hadron Collider (LHC), le grand collisionneur de particules européens auquel on doit la découverte du boson de Higgs, en 2012. J’avais en tête une foule de questions sur le fait que, bien que l’on sache que le «Modèle standard» est très imparfait et que le LHC vise justement à trouver des observations qui ne cadrent pas dedans, les mises à jour publiées sur le site du CERN (le centre de recherche qui gère le LHC) parlent continuellement d’«excès non-significatifs», de «pas de déviation significative du Modèle standard», de «pas d’évidence convaincante de SUSY (une théorie sur ce qui existe au-delà du Modèle standard, ndlr)», etc.

    En fait, les seules nouvelles particules qui ont été «découvertes» au LHC récemment ne sont que des états excités de particules qu’on connaissait déjà… Alors je voulais questionner M. Arguin sur les raisons de cette (apparente) stagnation : pourquoi est-il si difficile de dépasser le Modèle standard ? Comment se fait-il que, bien que l’on sache que ce Modèle n’explique que 5% de l’Univers (la matière «normale», mais on sait qu’il existe aussi une «matière noire» et une «énergie noire», dont on ignore tout), le LHC prenne tant de temps à produire des observations qu’on ne parvient pas à expliquer dans le cadre du MS ?

    Puis est arrivé ceci, mardi : «Le LHCb trouve de nouveaux signes d’une possible déviation du Modèle standard». Quand on parle du loup…

    Ce que le LHC fait, essentiellement, est d’accélérer des protons (des particules qui, avec les neutrons, forment le noyau des atomes) à des vitesses extrêmement proches de celle de la lumière, puis à les faire se heurter. Beaucoup de ces protons vont alors se défaire en «morceaux» (ils sont composés de particules nommées quarks) mais, dans l’orgie de particules qui s’ensuit, certaines vont fusionner pour en former de nouvelles. Celles-ci, dans la plupart des cas, auront une existence très fugace et se déferont aussitôt formées, projetant au passage d’autres particules. Tous ces «morceaux» sont alors recueillis et leurs énergies mesurées dans des détecteurs (le LHCb en est un) et, comme le Modèle standard nous dit déjà de manière assez précise comment ces particules se font et se défont (quand un électron heurte un antiélectron, par exemple, les deux particules s’annihilent et deux rayons gamma sont produits), alors on peut déduire ce qui s’est passé à partir des fragments recueillis.

    Ce qui a été annoncé cette semaine, c’est une anomalie dans la décomposition d’une particule nommée méson B, qui est composée d’un quark et d’un anti-quark et qui subsiste typiquement 1 millième de milliardième de seconde. Parmi les «morceaux» que sa dégradation produit, on trouve soit une pair électron-antiélectron, soit une paire muon-antimuon — le muon étant un proche parent de l’électron, la principale différence étant sa masse 200 fois plus grande. Selon le Modèle standard, les mésons doivent produire à peu près autant d’une paire que de l’autre, mais le LHCb a mesuré une inégalité que le MS ne peut pas expliquer.

    Pour l’heure, on ne peut pas encore parler d’une «découverte» parce que la chance pour qu’il s’agisse d’une fluctuation aléatoire est encore trop grande. «C’est un excès de 2,2 à 2,5 sigmas (une mesure statistique, ndlr), donc c’est quelque chose qui arrive par hasard de l’ordre de 1% du temps. Alors c’est vrai que c’est rare et que c’est intéressant», dit M. Arguin, mais les physiciens ne parlent d’une découverte qu’à partir de 5 sigmas (1 chance sur 1 million que la différence observée soit due au hasard).

    «C’est arrivé l’été dernier, on a eu l’excès le plus significatif jusqu’à maintenant, qui était de l’ordre de 4 sigmas. Mais on a pris plus de données et on a vu que, finalement, c’était une fluctuation statistique. Ça arrive de temps en temps, alors on reste circonspect. Mais cela reste intéressant parce que même si c’est seulement 2,5 sigmas, on a aussi vu d’autres excès apparentés qui vont dans le même sens», explique M. Arguin.

    Alors peut-être, peut-être qu’on touche ici à quelque chose. Peut-être… Et comme l’explique ce compte-rendu de Science, cela demeure un des rares signaux dont le LHC a accouché d’une possible «nouvelle physique» qui sortirait du Modèle standard — on en a une demi-douzaine et ils sont tous plutôt faibles.

    Pourquoi est-ce si long ? Ou plutôt : est-ce que c’est vraiment «long» ou est-ce qu’on devait s’attendre à ce que le LHC mette forcément des années avant de produire des observations qui sortiraient du MS ?

    «C’est un peu décevant, on aurait espéré avoir déjà de la nouvelle physique, mais on savait dès le départ que c’était un pile ou face : c’était possible d’avoir des résultats qui sortent du Modèle standard après seulement quelques années, mais c’était aussi possible qu’on n’en ait pas», commente M. Arguin.

    Une partie de l’explication tient à la formidable complexité de la «machine» elle-même. Les physiciens qui la gèrent marchent littéralement dans l’inconnu, personne n’ayant jamais fait fonctionner un appareil de ce type, alors ils n’augmentent sa puissance d’opération que petit à petit. Si bien que les données que le LHC a produites jusqu’à présent ne représente qu’environ 1 % de ce qu’il aura fourni d’ici la fin de sa vie utile.

    Et «une autre explication possible, poursuit M. Arguin, est que même si on sait que le Modèle standard est plein de défauts, on n’a pas tant de contraintes que ça sur ce que pourrait être la nouvelle physique». Bref, ne sachant pas quelle forme prend ce qu’on cherche, on ne sait ni où, ni quoi chercher.

    On peut se consoler par le fait que les données du LHC sont justement en train d’ajouter des «contraintes» sur ce que cette nouvelle physique peut être. Mais il reste qu’il n’est guère étonnant, dans ces conditions, qu’il faille être patient…


    • “(…)les données que le LHC a produites jusqu’à présent ne représente qu’environ 1 % de ce qu’il aura fourni d’ici la fin de sa vie utile.”

      Es-tu sérieux ?? Le LHC a été opérationnel pendant au moins cinq ans depuis sa mise en service et il n’aurait produit que 1% de ce qu’il peut fournir ! Autrement dit, ça prendra au moins 500 ans pour qu’il produise la totalité de ce qu’il peut produire !!!

      Non, cela veut dire que les opérateurs commencent lentement et accélèrent la cadence graduellement. Donc le rythme de production de données augmentera beaucoup dans les prochaines années.
      JFC

    • “personne n’ayant jamais fait fonctionner un appareil de ce type,”
      Il faut domestiquer la bête !!! L’”Humain qui parlait aux collisionneurs” ne s’est pas encore manifesté.
      C’est peut-être à l’aide du collisionneur que nous parviendrons à comprendre la nature quantique du cerveau (selon Elon Musk) qui nous permettra de comprendre la nature du collisionneur … Sait-on jamais !!

    • Si la force nucléaire faible fait que la matière se détruit d’elle-même, il est fort possible qu’on ne trouve rien avant longtemps. Alors la machine ou le modèle?

    • Quand on gratte un peu, le «Modèle standard» est tout de même affligé de gros trous…

      Pourquoi plus de matière que d’antimatière, qu’est-ce qui explique l’asymétrie baryonique; et SURTOUT, la gravitation… c’est quoi ça !!!

      Le modèle standard est toujours incapable d’expliquer convenablement la gravitation…

      Quand un phénomène aussi fondamental que la gravité demeure inexplicable, il me semble évident, oui, évident, qu’on doit s’attendre à de la «nouvelle science», à de nouvelles découvertes et à des bouleversements de nos modèles établis.

      Einstein a tout tenté pour unifier la gravitation à sa relativité, et n’y est jamais parvenu, et à date, aucun de ses successeurs n’y est parvenu. Un indice peut-être que cette piste ne mène à rien..?

      Le LHC, LIGO, IceCube et l’armada de théoriciens en physique pure restent pour le moment notre meilleure chance de bifurquer vers de nouvelles pistes dans notre compréhension de l’Univers.

      Battons nous pour que les Trump de ce monde ne tuent pas ces recherches au nom du profit et des dividendes…

    • Si la force nucléaire faible fait que la matière se détruit d’elle-même, se pourrait-il que l’énergie sombre soit autre chose que de l’ancienne matière, ou une force encore inconnue?

    • Se pourrait-il que la force nucléaire faible augmente à mesure que l’Univers se distend? Ou que la matière se détruise à mesure que l’énergie sombre augmente?

    • @ralbol “Einstein a tout tenté pour unifier la gravitation à sa relativité, et n’y est jamais parvenu, et à date, aucun de ses successeurs n’y est parvenu.”

      Je dois avouer que je ne comprend pas votre phrase. La relativité générale EST l’explication de la gravité (déformation de l’espace temps autour des objets massifs). Dire que personne n’a pu unifier cette théorie avec la gravitation c’est comme dire qu’on a jamais réussi à unifier la physique nucléaire au fonctionnement des étoiles. Ce qu’Einstein a tenté de faire (sans succès) fut plutôt d’unifier sa théorie de la gravitation avec l’électromagnétisme.

      @gl000001

      Le LHC est un synchrotron qui n’est pas une nouveau type d’accélérateur (il en existe plusieurs autres dans le monde). Même le prédécesseur du LHC, le LEP, était aussi du type synchrotron. Je crois que monsieur Cliche aurait plutôt dû écrire “personne n’a jamais fait fonctionner un appareil d’une telle puissance et complexité”.

    • L’énergie sombre risque-t-elle de bouffer tous les extraterrestres comme un grand trou noir?

      https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89nergie_noire

    • Quand :«on ne sait pas quelle forme prend ce qu’on cherche, on ne sait ni où, ni quoi chercher»
      c’est a ce moment qu’entre amis après quelques verre de broue révélatrice on réalise le poid du «mental» …dans le terme «Recherche Fond- a- mentale»…. heureusement qu’on y met pas que des fonds imaginaires…

    • Journée internationale de la science …

      Combien de photons visibles peuvent-ils se transformer en axions invisibles?

      https://fr.wikipedia.org/wiki/Axion

    • L’énergie sombre est-elle une sorte de force neutre qui empêche l’Univers de disparaître?

      http://www.jmmasuy.net/more_simple/01_les_4_forces.html

    • La matière noire à l’Origine du Big Bang plutôt que le contraire?

      https://fr.wikipedia.org/wiki/Mati%C3%A8re_noire

    • Il reste à la RG à s’unir avec la mécanique quantique (gravité et électromagnétisme, c’est ok).

      Il y a plusieurs pistes de solutions qui sont intéressantes, mais toujours non complétés. Certaines d’entre elles n’ont pas besoin de matières noires ni même d’énergie sombre pour se structurer. Cependant, elles ont d’autres lacunes ailleurs.

      J’ai vraiment hâte à de nouvelles mesures au LHC qui pourraient orienter vers ces théories alternatives (car présentement tenter de s’y promener, c’est dur de trouver du financement pour payer ses études sur ces sujets un peu « à côté » de la branche centrale)

    • Je pose RG dans mon message précédent, sans indiquer de quoi il s’agit…

      RG (relativité générale) :
      Maxwell démontre que l’électricité et le magnétisme, c’est bonnet-blanc blanc-bonnet. Ensuite, on découvre que le photon c’est de la matière qui répond au même règle que l’électromagnétisme, et on a Einstein qui conclue E = mc2. La relativité restreinte, à partir de cela est développée en simultané par Pointcarré et par Einstein. Ici, alors que Pointcarré voit la limite de la vitesse de la lumière comme une constante mathématique, Einstein pousse la pensée à comprendre ce que serait la vision de l’univers s’il chevauchait un photon. Il comprend alors que la « mesure du temps » sera différente en fonction du référentiel. Pour porter sa théorie, il cherche une base mathématique qui transformera la perception d’un événement en fonction du point de vu de l’observateur (tout en respectant la vitesse limite du photon).

      Il utilise donc les quadrivecteurs de Minkovsky et les transformations de Lorentz dans un espace d’Hilbert. Ces mathématiques s’expriment dans un espace courbe. Les conclusions sont magiques : L’espace et le temps ne sont plus dissociés. L’énergie et la matière changent la courbure de cet espace-temps. La gravité n’est pas une force comme la force forte, mais bien l’effet de la courbure de l’espace-temps et des interactions de la matière dans cet espace courbe. Ainsi, tous les corps sont en orbite avec chacun des autres corps dans la déformation qui font subir à la trame de l’espace-temps.

      Une explication « rustique » : Je ressens de la gravité sur terre parce que le centre de masse entre mon corps et la terre se retrouve sous la croûte terrestre. Je ne « tombe plus / tourne plus » dans mon orbite vers l’autre corps, je suis bloqué à sa surface et je nomme cet effet gravité.

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