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Dernières nouvelles du LHC avant son démarrage imminent

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Le LHC devrait redémarrer avant la fin du mois de mars, alors que des faisceaux de protons ont déjà fait leur retour dans certaines portions du Grand Collisionneur de Hadrons, notamment les détecteurs Alice et LHCb. Les physiciens ont continué à analyser les données enregistrées pendant le précédent « run » du LHC, ce qui leur a permis d'affiner l'estimation de la masse du boson de Brout-Englert-Higgs et de confirmer que de la nouvelle physique est peut-être à portée de main avec les désintégrations de mésons B.

Avec le LHC, les physiciens n'explorent pas que les mystères de l'infiniment petit mais aussi ceux de l'infiniment grand. En effet, le Grand Collisionneur de Hadrons découvrira peut-être des particules de matière noire. © Cern

Avant de faire leur entrée dans le LHC, les faisceaux de protons doivent d'abord subir une pré-accélération dans une chaîne d'accélérateurs dont les plus connus sont le Synchrotron à protons (PS) et le Supersynchroton à protons (SPS). Le PS, que Futura-Sciences avait déjà présenté à l'occasion de la célébration de ses 50 ans avec plusieurs prix Nobel de physique, fournit ainsi au SPS des protons dont les énergies sont de 26 GeV. Ils sont alors portés à des énergies encore plus élevées au fur et à mesure qu'ils parcourent ses 7 km de circonférence puis ils sont injectés dans le LHC quand ils ont atteint 450 GeV.

Pendant les essais dans le LHC nouvelle version, les faisceaux de protons injectés par le SPS n'ont pas parcouru toute la longueur du LHC. Ils ont été stoppés par des absorbeurs aux points 3 et 6 après avoir traversé les détecteurs Alice et LHCb. © Leonard Rimensberger, Cern

Bientôt 14 TeV

Ce scénario s'est répété le samedi 7 mars 2015 lorsque deux faisceaux de protons ont circulé à nouveau dans trois des huit secteurs du LHC (soit une distance légèrement supérieure à 10 km sur les 27 km de circonférence de l'accélérateur). Il s'agissait d'une première étape pour vérifier que tout fonctionne comme prévu avec la version améliorée du grand collisionneur qui doit battre des records de luminosité et d'énergies puisque des protons y seront accélérés pour atteindre 13 TeV puis 14 TeV.

Le faisceau 1, circulant dans le sens des aiguilles d'une montre, a traversé le détecteur Alice à 17 heures. Cet événement a été précédé par la traversée du détecteur LHCb à 10 h 30 par le faisceau 2, circulant lui dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Dans les deux cas, les faisceaux ont été arrêtés par un bloc absorbeur, ce qui a produit ce que les physiciens du Cern appellent des « éclaboussures », c'est-à-dire des particules produites lors de ces collisions avec un bloc de matière. Elles ont bien sûr été détectées par Alice et LHCb.

La physicienne marocaine Rajaa Cherkaoui El Moursli, que l’on voit ici dans la salle de contrôle d’Atlas, a contribué à la simulation et à la construction du calorimètre électromagnétique de ce détecteur. Elle est vice-présidente de l’université Mohammed V de Rabat au Maroc où elle dirige l'équipe de chercheurs pour la Collaboration Atlas. Elle est récemment devenue lauréate du prestigieux prix L’Oréal-Unesco pour les femmes et la science. © Collaboration Atlas, Cern

Le mystère des mésons B persiste

Les physiciens ne sont pas restés inactifs pendant que les ingénieurs « upgradaient » le LHC ces dernières années. Ils ont continué à analyser les données collectées durant le premier « run » du LHC tout en affinant leurs méthodes d'analyse. Les collaborations Atlas et CMS ont annoncé à l'occasion de la 50e session des « Rencontres de Moriond », à La Thuile (Italie), qu'en combinant leurs mesures, ils avaient pu déterminer avec une précision supérieure à 0,2 % la masse du boson de Brout-Englert-Higgs. Elle est aujourd'hui estimée à mH = 125,09 ± 0,24 (0,21 stat. ± 0,11 syst.) GeV. D'où vient cette valeur ? Personne ne sait exactement, même s'il existe des indices en provenance de la théorie unitaire du mathématicien français Alain Connes qui utilise dans ses travaux, sa théorie de la géométrie non commutative influencée partiellement par les idées d'Alexandre Grothendieck.

Toujours à l'occasion de la 50e session des « Rencontres de Moriond », les physiciens travaillant sur les données collectées par le détecteur LHCb ont eux aussi attiré l'attention. Ils confirment en effet que la désintégration de mésons B en un kaon K et une paire de muon-antimuon semble bel et bien désobéir aux prédictions du modèle standard comme ils l'annonçaient déjà en 2013. À l'époque, certains théoriciens avaient envisagé qu'il puisse s'agir d'un indice signalant l'existence du mythique boson Z’ de la théorie des cordes. Si tel est bien le cas, peut-être n'est-on plus très loin de découvrir des preuves de l'existence du multivers.

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