Ce sont les machines qui résolvent les plus grands mystères de la physique


L'expérience de physique des particules du spectromètre magnétique alpha à l'arrière de la navette spatiale Endeavour, mai 2011.

L’expérience de physique des particules du spectromètre magnétique alpha à l’arrière de la navette spatiale Endeavour, mai 2011.
Photo: NASA

Malgré le stéréotype d’un Einstein solitaire et aux cheveux sauvages qui travaille sans relâche à un tableau noir, les plus grandes découvertes de la physique d’aujourd’hui proviennent d’énormes collaborations de scientifiques travaillant sur d’énormes appareils qui peuvent coûter des milliards de dollars, souvent situés dans les endroits les plus extrêmes de la Terre. Après tout, c’est juste l’univers du tissu qu’ils essaient de comprendre.

Au cours du siècle dernier, les physiciens ont révélé une quantité choquante sur le fonctionnement de notre univers, tout en laissant d’énormes questions sans réponse. Certaines des plus grandes avancées ont été dans la compréhension de la façon dont les minuscules particules interagissent et affectent le fonctionnement du cosmos. Tout ce que nous pouvons détecter dans l’univers est constitué de particules, dont le comportement est décrit par une théorie appelée le modèle standard de la physique des particules. Cette théorie divise les particules en quarks et leptons (qui incluent les électrons et les particules fantomatiques de neutrinos). Chacune de ces particules a une antiparticule qui a la même masse mais est essentiellement une image miroir, avec la charge électrique opposée.

Ces particules interagissent via des forces qui sont régies par d’autres particules appelées bosons. Vous avez peut-être entendu parler du boson de Higgs: c’était la dernière particule prédite mais non détectée du modèle standard, et les scientifiques ont finalement annoncé sa découverte en 2012. Ce fut une énorme victoire pour le domaine, le genre de science qui fait la une des journaux qui justifie la étiquettes de prix massives d’accélérateurs de particules comme le Grand collisionneur de hadrons. Mais depuis lors, malgré de nombreuses recherches intéressantes, n’a pas été une autre découverte énorme comparable aux Higgs.

Il y a tellement de choses que nous ne savons toujours pas. Le modèle standard n’explique pas ce qui a fait que l’univers a commencé, ni pourquoi il y a tellement plus de matière que l’antimatière, ni la nature d’une chose mystérieuse et invisible appelée matière noire. Cela n’explique pas pourquoi l’expansion de l’univers s’accélère, un effet actuellement attribué aux soi-disant énergie noire.

Ces questions et d’autres mystères sur l’univers ont poussé les physiciens à construire des instruments vraiment hallucinants à la recherche de réponses. Voir certaines des expériences les plus étonnantes dans notre diaporama ci-dessous. (Utilisateurs de bureau, nnaviguez en utilisant «suivant» et «précédent» au bas de la page.)

Le grand collisionneur de hadrons

Vue du détecteur ATLAS du Grand collisionneur de hadrons.

Vue du détecteur ATLAS du Grand collisionneur de hadrons.
Photo: Claudia Marcelloni (CERN)

Le Large Hadron Collider est le destructeur d’atomes le plus puissant au monde. Il se compose d’une paire d’anneaux qui se croisent à l’intérieur d’un tunnel rond de 16 miles sur le campus du CERN sous la frontière franco-suisse près de Genève. Le LHC prend des protons (ou des noyaux atomiques entiers) des autres accélérateurs du CERN, ajoute encore plus d’énergie à l’aide d’aimants supraconducteurs et de cavités radiofréquences, et les frappe les uns contre les autres à l’intérieur de divers détecteurs de la taille d’un bâtiment conçus pour observer le résultat des collisions. Récemment, des scientifiques travaillant sur le LHC ont trouvé conseils intrigants d’un écart entre ce que le modèle standard prédit à propos d’une particule appelée le méson B0 et ce qui s’est réellement passé à l’intérieur de l’expérience.

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