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Le LHC sur le point de découvrir un nouveau boson ?

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Les deux détecteurs géants du LHC, Atlas et CMS, semblent tous les deux voir des traces - ténues - d'un nouveau boson dont la masse est de 2 TeV. En étant optimiste, il pourrait s'agir d'un mythique boson Z' ou encore W', souvent prédits par des modèles unifiant les forces fondamentales de la nature. L'annonce d'une découverte semble néanmoins encore loin.

Une vue de la salle de contrôle du détecteur CMS au Cern, l'un des quatre détecteurs géants du LHC. Avec lui, les physiciens ont découvert le boson de Brout-Englert-Higgs. Découvrira-t-il le boson Z' ? © Cern

Les premiers résultats des analyses des données collectées avec les détecteurs géants du LHC pour sa deuxième campagne de recherche avec des collisions à 13 TeV vont être présentés lors d'une conférence sur la physique des hautes énergies. Elle se tient à Vienne du 22 au 29 juillet 2015 sous l'égide de la Société Européenne de Physique (EPS, European Physical Society). On en saura peut-être un tout petit peu plus sur une curieuse découverte faite par les membres des collaborations Atlas et CMS.

En fait, le terme découverte est exagéré. Les physiciens ont constaté un léger excès de production de paires de bosons intermédiaires du modèle électrofaible dans les produits des collisions à 8 TeV réalisées dans le précédent « run » du LHC avant sa pause de deux années. Cet excès n'est pas statistiquement significatif mais ce qui intrigue les chercheurs est qu'il se manifeste dans deux détecteurs et qu'il peut dans les deux cas s'interpréter comme la désintégration d'un nouveau boson de spin 1 dont la masse est d'environ 2 TeV.

La plus grande prudence s'impose dans l'interprétation de ces résultats mais selon certains théoriciens, ils pourraient être la manifestation de l'existence de deux particules mythiques prédites par bon nombre de modèles d'unification des forces : les bosons W’ et Z’, des cousins des bosons Z et W du modèle standard.

Une vidéo sous-titrée en français présentant Atlas, reparti avec le LHC à la chasse à une nouvelle physique en 2015. © Cern, Atlas

Une preuve de la théorie des supercordes ?

On pensait déjà avoir vu des traces du boson Z prime au Tevatron mais il avait fallu déchanter. Il est fort probable qu'avec les nouvelles données collectées lors du Run 2, et peut-être aussi en affinant leur analyse, ces excès vont disparaître. Ils ne seraient que de simples fluctuations statistiques, du bruit ayant un temps ressemblé par hasard à quelques notes de musique...

Mais si tel n'est pas le cas, la découverte d'un boson Z prime, ou W prime, éclipserait instantanément celle du boson de Brout-Englert-Higgs. Ces bosons émergent en effet fréquemment des modèles de GUT dont le groupe de symétrie de jauge fondamentale implique l'existence de sous-groupes correspondant à de nouvelles interactions ressemblant à celles du modèle électrofaible mais avec des bosons intermédiaires plus lourds. Leur manifestation dans les détecteurs du LHC ouvrirait alors une nouvelle ère pour la physique, et même pour la cosmologie. Des GUT sont en effet souvent associés à une phase d'inflation et permettent de comprendre l'énigme de l'antimatière cosmologique, et peut-être même la nature de la matière noire.

Un groupe de physiciens théoriciens vient à cet égard faire une proposition fascinante dans un article déposé sur arxiv. Les anomalies mesurées par Atlas et CMS pourraient être une manifestation très caractéristique de la théorie des supercordes. Il est encore bien trop tôt pour s'emballer cependant...

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