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Trouver le détail
qui chamboule tout
Physique des particules
Cosmologie
Les modèles sont bien pratiques mais ils ne sont que le reflet de que ce que l’on sait et comprend. Une grande partie des travaux visent à trouver des failles à ces théories et découvrir des phénomènes encore inconnus pour les faire évoluer
L’infime phénomène qui pourrait tout changer
Mettre à l’épreuve le modèle standard
Des expériences de précision ont été imaginées pour pousser le modèle standard dans ses derniers retranchements. À l’aube des années 2000 les collaborations BaBar aux États-Unis et BELLE au Japon, ont par exemple tenté l’exploit de mesurer la rupture de symétrie matière/antimatière dans le secteur des mésons B (particules formées de deux quarks dont un du type b). La rupture de symétrie a bien été constatée, mais le modèle standard a tenu bon. Cette quête se poursuit donc aujourd’hui avec des expériences capables de mesurer des différences encore plus ténues entre matière et antimatière. Il s’agit de LHCb, au CERN, mais aussi de l’expérience BELLE II au Japon, avec un tout nouvel accélérateur, superKEKB, détenant le record du monde de luminosité actuellement.

Détecteur BELLE II installé auprès du collisionneur électron/positon SuperKEKB au Japon
crédits : Collaboration BELLE II

L’expérience AEgIS au Cern, cherche à déterminer la force gravitationnelle qui s’exerce entre la Terre et les atomes d'antihydrogène.
crédits : CERN

Tester l'antigravitation
La gravitation est une force quasiment imperceptible à l’échelle des particules. Pourtant trois expériences au CERN tentent de mesurer son effet sur des atomes d’antihydrogène : ALPHA-g, Gbar et AEgIS. Si une différence même infime était constatée entre matière et antimatière pour la gravitation cela remettrait en cause notre compréhension de l’Univers.
Mettre en défaut la neutralité du neutron
Le cœur du neutron est-il uniformément neutre ? Pas forcément ! Une irrégularité aussi ténue soit-elle serait une découverte majeure car elle pourrait impliquer l’existence de particules lourdes, non détectables aujourd’hui dans les expériences sur accélérateur. L’expérience nEDM poursuit cette quête d'une déviation : une mesure précise à la 26e décimale a été atteinte et sera améliorée par la future expérience n2EDM.

L’équipe de l’expérience nEDM photographiés devant l’expérience à PSI, Zurich
crédits : Paul Scherrer Institut

Tester des théories alternatives
Au-delà de l’examen tous azimuts du boson de Higgs, les expériences du LHC cherchent également la manifestation de particules ou d’interactions nouvelles prédites par des théories alternatives. La chasse va reprendre en 2021 pour plusieurs années avec des détecteurs améliorés, puis se poursuivra à partir de 2028 avec l’entrée en service du LHC haute luminosité, qui produira 10 fois plus d’événements intéressants que le LHC initial.

Dans le futur HL-LHC le nombre de collisions sera multiplié par 10
crédits : CERN CMS

Scruter tout ce qui bouge dans l’Univers
La ronde illogique des galaxies
L’observation de l’Univers apporte son lot de découvertes qui bousculent les fondements de la physique. 50 ans d’observation des galaxies spirales (ici Andromède) ont semé le trouble en révélant que les étoiles y étaient maintenues en place par la présence d’une quantité de matière bien plus importante que la seule masse des objets visibles. Ce mystère non résolu de ce que les scientifiques appellent « la matière noire » est encore aujourd’hui au centre de nombreuses recherches (cf. panneau de la matière noire).

NGC 6814: Grand Design Spiral Galaxy from Hubble
crédits : ESA Hubble & NASA

L’éclat des supernovae sert de point de repère pour évaluer les distances des galaxies. Il s’en produit de très nombreuses dans l’Univers, comme ici, dans cette galaxie située à 10 000 millions d’années lumière.
crédits : ESO

L’expansion de l’Univers s’emballe
Dans les années 90, le Supernova Cosmology Project, réalise une mesure de la distance de galaxies à diérents âges de l’univers, basée sur l’éclat des supernovæ. L’observation débouche sur le constat inattendu que l’expansion de l’Univers accélère sous l’action d’une mystérieuse « énergie noire ».

Vue écorchée du télescope de l’observatoire Vera Rubin. Il photographiera le ciel nocturne en très haute résolution, en intégralité tous les 3 jours
crédits : LSST Vera C. Rubin Observatory

Épier chaque fait et geste du cosmos
À partir de 2022, le télescope de l’observatoire Vera Rubin en construction au Chili observera l’intégralité du ciel austral jusqu’à des âges reculés du cosmos pour réaliser le relevé LSST (Legacy survey of space and time). Pendant 10 ans, il reconstituera un film complet de l’Univers dynamique qui sera analysé à la loupe par les scientifiques pour y déceler des phénomènes nouveaux, préciser ceux déjà connus et tenter de mieux comprendre l’énergie noire.