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Les modèles à parfaire
des 2 infinis
des 2 infinis
Physique des particules
Cosmologie
Pour raconter l’histoire de l’Univers dans l’infiniment petit, il y a le modèle standard de la physique des particules et dans l’infiniment grand, le modèle standard de la cosmologie. Deux histoires que tout semble opposer, mais que beaucoup d’éléments rapprochent. Le travail des scientifiques de l’IN2P3 est de contribuer à reconstituer toutes les étapes et retrouver chaque protagoniste de ces histoires afin d’en faire un grand récit unifié.
Le modèle standard de physique des particules
Un modèle très fidèle aux phénomènes observés
Les avancées entrelacées de 130 ans d’expériences et d’observations en physique de l’infiniment petit et en développements théoriques ont débouché sur le modèle standard de la physique des particules dites élémentaires, c'est-à-dire sans structure interne perceptible. Le modèle se structure en 12 particules décrivant la matière, les quarks et les leptons, ainsi que d'autres particules, les bosons, qui sont les médiateurs des 3 interactions fondamentales. La théorie sous-jacente est une construction mathématique unifiée et très cohérente qui décrit et prédit avec une étonnante précision le monde de l’infiniment petit.
Les composants du modèle standard de la physique des particules.
crédits : Infographie IN2P3 -
La désintégration d’un boson de Higgs vue par le détecteur CMS (en haut) et ATLAS (en bas)
crédits : ATLAS et CMS
...couronné par la découverte du boson de Higgs...
La masse des particules élémentaires est le résultat de leur interaction avec le champ de Higgs-Brout-Englert, dont le boson de Higgs est une signature. Ce mécanisme, imaginé en 1964, est donc la clef de voûte du modèle standard. Mais Il a fallu des décennies de traque pour qu’il soit enfin confirmé avec la découverte en 2012 du boson de Higgs par les expériences ATLAS et CMS au LHC du CERN. Le boson de Higgs n'a cependant pas révélé encore tous ses mystères, l'étude détaillée de toutes ses propriétés se poursuit et nécessitera même un nouveau futur accélérateur
... mais muet face à certains phénomènes
Si le modèle standard de la physique des particules est complet (tous les éléments qui le composent ont été découverts), il ne suffit cependant pas à expliquer l’Univers que nous observons. Trouver une « nouvelle physique » qui va au-delà de la théorie actuelle est un des principaux défis de l’IN2P3 au XXIe siècle.
Le modèle standard de la cosmologie
Un scénario cohérent de l’Univers...
Le modèle standard de la cosmologie forme un tout cohérent de l’ensemble des observations de l’Univers. Il indique que notre Univers a environ 13,8 milliards d’années, qu’il est en expansion et que, si l’on remonte le temps, on se rapproche de son « début », le fameux « Big Bang ».
La détection du fond diffus cosmologique, une lueur fossile héritée des premières phases de l’Univers, est l’un des piliers de ce modèle. Il aurait été libéré lorsque l’Univers, après une période d’inflation brutale, est devenu suffisamment froid pour former les premiers atomes et laisser pour la première fois les photons circuler librement. Les motifs de cette image reflètent les infimes différences de densité de cet Univers âgé à l’époque de 380 000 ans.
La détection du fond diffus cosmologique, une lueur fossile héritée des premières phases de l’Univers, est l’un des piliers de ce modèle. Il aurait été libéré lorsque l’Univers, après une période d’inflation brutale, est devenu suffisamment froid pour former les premiers atomes et laisser pour la première fois les photons circuler librement. Les motifs de cette image reflètent les infimes différences de densité de cet Univers âgé à l’époque de 380 000 ans.
crédits : Infographie IN2P3
Image du fond diffus cosmologique réalisée avec le satellite Planck.
crédits : ESA
... encore largement en friche
Le contenu de l’Univers, évalué d’après les phénomènes observés, serait constitué d’environ 5 % d’étoiles, planètes, gaz, de lumière et de neutrinos, qui composent la matière ordinaire et les rayonnements que nous connaissons et qui nous entourent. Les 95 % restant sont ce que les scientifiques ont baptisé « matière noire » (environ 25 %) et « énergie noire » (environ 70 %), deux composantes dont les e ets sont perçus à grande échelle mais dont on ignore totalement la nature.
Salle des serveurs du centre de calcul de l’IN2P3
crédits : CC-IN2P3
... avec un début qui réunit les deux infinis
La baryogénèse a lieu une fraction de seconde après le Big -Bang. D'après le modèle standard de la cosmologie, cette étape a permis la formation des premiers constituants de la matière ordinaire - matière visible aujourd'hui aux plus grandes échelles.
En revanche, d'après le modèle standard de la physique des particules, cette étape aurait dû produire autant de matière que d'anti-matière ... et tout aurait dû s'annihiler.
En revanche, d'après le modèle standard de la physique des particules, cette étape aurait dû produire autant de matière que d'anti-matière ... et tout aurait dû s'annihiler.
