Les mathématiques : un très bon guide pour étudier l’invisible

Comment peut-on croire à une idée qui concerne des choses que nous ne pouvons pas voir ? Les scientifiques pensent que les mathématiques peuvent servir de passerelle vers la réalité.

Les équations de la théorie de la relativité générale d’Einstein, par exemple, semblaient indiquer que l’Univers était en expansion. Einstein, lui, n’y croyait pas. Mais quelques années plus tard l’expansion de l’Univers a été observée. Les mathématiques ont été confirmées par les observations. C’est la même chose pour les trous noirs : les équations de la relativité générale indiquaient leur existence et les observations l’ont confirmé plus tard. La théorie des cordes quant à elle indique la possibilité que notre Univers ne soit pas le seul, qu’il y en ait des milliards d’autres.

Selon la Théorie des cordes, les particules ne sont pas ponctuelles mais sont de minuscules cordes qui vibrent. Il peut également y avoir des membranes à 2 dimensions, 3 dimensions etc. Les mathématiques semblent suggérer que nous vivons sur l’une de ces membranes, une membrane à 3 dimensions.

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La Théorie des Cordes : un Candidat Sérieux pour une Théorie du Tout

Après plus de 50 ans de collisions de protons dans les accélérateurs de particules nous avons découvert des centaines de particules subatomiques organisées dans ce que l’on appelle le Modèle Standard. Mais la dernière pièce du puzzle est manquante. Cette pièce manquante c’est le Boson de Higgs. Si nous ne le trouvons pas, c’est qu’il y a un problème fondamental dans notre physique moderne.

Et si on le trouve ? Qu’est-ce que cela signifie ?

Soyons francs. Le Modèle Standard est l’une des théories les plus affreuses jamais proposées dans l’histoire de la science : 36 quarks et antiquarks, 19 paramètres ajustables ou plus, 3 générations de particules redondantes, des grappes entières de gluons, particules de Yang-Mills, boson W, Z, boson de Higgs. Vous devenez fou en essayant de classer et de donner un sens à toutes ces particules.

Les physiciens pensent qu’il y a une meilleure théorie, une théorie incluant la gravitation, force fondamentale qui n’est pas présente dans le modèle standard. Il ne faut pas non plus oublier que le modèle standard ne décrit seulement que 4% de toute la matière et l’énergie présente dans l’Univers… Seulement 4% ! La matière noire représente 23% et l’énergie noire représente 73% du contenu total de l’Univers. C’est pourquoi certains scientifiques, comme Michio Kaku, misent sur la théorie des cordes.

Dans la théorie des cordes, le modèle standard représente l’octave le plus bas d’une corde vibrante, et la matière noire n’est rien de plus que l’octave supérieur (un plus haut niveau d’énergie). L’énergie noire, quant à elle, intervient lorsqu’il y a brisure de symétrie des supercordes.

La théorie des cordes est la seule qui ouvre la possibilité d’une théorie du tout. La prochaine étape est de détecter de la matière noire au LHC. Cela permettra de prouver ou de réfuter la théorie des cordes.

D’après « String Theory is the Only Show in Town » par Michio Kaku

Le LHC fonctionnera cette année à une énergie de 8 TeV

A partir de la mi-mars, lorsque l’arrêt technique hivernal arrivera à son terme, le LHC fonctionnera à une énergie de collision de 8 TeV (2 faisceaux de 4 TeV chacun), a annoncé le CERN

Une énergie plus importante conduit à un taux de collision de particules plus élevé. Avec cet accroissement d’énergie, les expériences du LHC devraient récolter 3 fois plus de données qu’en 2011.

Jusqu’à maintenant, le LHC fonctionnait à la moitié de l’énergie de son fonctionnement nominal. Cette décision avait été prise après un incident qui s’est produit en 2008. Un problème sur une interconnexion entre des aimants superconducteurs refroidis à l’hélium liquide l’avait faite surchauffé, provoquant une expansion rapide de l’hélium et déplaçant environ 50 aimants. En 2010 le LHC avait été redémarré à 7 TeV pour ne pas risquer une nouvelle année complète de réparations.

Après une année 2011 sans problèmes au cours de laquelle les opérateurs ont amélioré leur compréhension des interconnexions et effectué des tests supplémentaires, ils sont maintenant prêts à passer à la vitesse supérieure mais ne passeront à une énergie de 14 TeV qu’en 2014, après une mise à jour majeure qui sera faite pendant le long arrêt du LHC (environ 20 mois) prévu fin 2012.

Pour les opérateurs, le défi principal consistant à passer à 8 TeV avec un taux de collision plus élevé sera de réduire la taille des faisceaux de particules aux points de collision situés à l’intérieur des détecteurs, ce qui demande la plus grande finesse et le plus grand soin.

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Le point sur la quête du Boson de Higgs

Les derniers résultats concernant la recherche du Boson de Higgs ont été présentés cet après-midi.

Le Boson de Higgs devrait se trouver entre 116 et 130 GeV d’après l’expérience ATLAS ou 115-127 GeV d’après l’expérience CMS (contre 114 et 141 GeV précédemment) avec une forte probabilité entre 125 et 126 GeV.

Les résultats de ATLAS sont compatibles avec un Higgs à 125-126 GeV à un niveau statistique d’au plus 3,6 déviations standard, et l’équipe de l’expérience CMS rapporte un signal de 124 GeV d’au plus 2,6 déviations standard. En physique des particules, 5 déviations standard est considéré comme une preuve de l’existence d’une particule.

En 2012 on devrait accumuler 4 fois plus de données que celles obtenues en 2011. Cette quantité de donnée est nécessaire pour que le Boson de Higgs soit découvert ou bien définitivement écarté.

PS : Si jamais le CERN a une grande nouvelle scientifique a annoncer, j’espère qu’ils n’utiliseront pas de Comic Sans Serif ou de Gif animé comme c’était le cas aujourd’hui… (il faut vraiment le dire à Fabiola Gianotti)

Boson de Higgs – La quête arrive à son terme

Une des manières d’expliquer pourquoi les particules ont une masse est de postuler l’existence d’un champ qui remplirait l’Espace. La masse serait déterminée par le niveau d’interaction des particules avec ce champ, appelé champ de Higgs. Plus l’interaction d’une particule avec ce champ est importante, plus elle est massive.

Est-ce que le boson de Higgs, la particule porteuse d’interaction avec le champ de Higg, existe ou pas ? On ne le sait toujours pas.

Le Modèle Standard de la Physique des particules nous indique combien d’évènements contenant le Boson de Higgs nous devrions observer mais il ne prédit pas sa masse exacte, ce qui ne facilite pas sa découverte.

Comment fait-on pour essayer de le détecter ? En observant sa signature. Sa signature c’est la manière dont, théoriquement, il devrait se désintégrer en d’autres particules. Les nouveaux résultats combinent 8 études des désintégrations prédites du Boson de Higgs et utilisent les données expérimentales collectées jusqu’au mois de juillet dernier.

Les physiciens ont déjà exploré une grande partie de la gamme d’énergie où le boson de Higgs devrait se trouver. La zone située entre 141 et 476 GeV a été exclue (avec un niveau de confiance de 95%). Etant donné la quantité de données reccueillies et les sensibilités des différents modes de recherche, les physiciens s’attendaient à pouvoir exclure une gamme de masse encore plus large (entre 125 et 500 GeV), mais de petits excès pouvant résulter de fluctuations statistiques ou de la présence d’une particule cachée a réduit la gamme des masses pouvant être exclues.

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