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Rétro 2014 : une année d'anniversaires pour la physique des particules

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Aucune découverte marquante en physique ne s'est produite pendant l'année 2014 si l'on excepte la mise en évidence sous l'effet d'impulsions laser d'une très courte phase supraconductrice à température ambiante dans un cuprate. Mais 2014 a été une année spéciale car elle a coïncidé avec le cinquantenaire de plusieurs travaux marquants en physique en rapport avec le Cern dont on a fêté le soixantenaire.

Il y a 51 ans, George Zweig et Murray Gell-Mann ont proposé indépendamment une théorie permettant de mieux comprendre les hadrons, une large famille de particules considérées comme élémentaire au début des années 1960. Il s'agissait de la théorie de quarks. Zweig était en poste au Cern lorsqu'il a publié ses idées dans un article daté du 17 janvier 1964. La même année, Peter Higgs d'un côté et François Englert et Rober Brout de l'autre ont publié eux aussi indépendamment un modèle permettant de comprendre l'origine de la masse de certaines particules élémentaires. Ce qui est maintenant considéré comme le mécanisme de Brout-Englert-Higgs (BEH) tirait son inspiration de la physique de la supraconductivité. Des décennies plus tard, des supraconducteurs ont été utilisés pour la construction du LHC, lequel a permis de découvrir le boson de Brout-Englert-Higgs associé au champ postulé par les trois physiciens ainsi que certains de leurs collègues pour construire le mécanisme de brisure de symétrie BEH. Remarquablement, c'est aussi en 1964 que John Bell, étoile montante de la physique des particules au Cern à ce moment-là, a publié ses travaux contenant ses fameuses inégalités associées à l'effet EPR.

2014 a donc été une date particulière pour le Cern puisque qu'elle a coïncidé avec les anniversaires de plusieurs découvertes importantes en physique associées d'une façon ou d'une autre au laboratoire européen en physique des hautes énergies. Ces anniversaires ont été d'autant plus marquants que l'on a aussi fêté cette année les 60 ans du Cern.

La physique ne se résume bien évidemment pas à celle des hautes énergies. Voici donc en complément une rétrospective inévitablement partiale des autres événements qui ont marqué 2014 et dont on a parlé sur Futura-Sciences.

Après avoir été le premier laboratoire au monde à créer puis à piéger des atomes d'antihydrogène, le Cern est maintenant le premier à pouvoir générer des faisceaux de ces atomes d'antimatière. Leur étude pourrait permettre d'aller au-delà de la théorie de la relativité restreinte et surtout de comprendre où est passée l'antimatière cosmologique qui manque toujours à l'appel.

 

Le modèle standard de la physique des particules élémentaires a commencé à prendre forme pendant les années 1960 avec la théorie unifiée des forces nucléaire faible et électromagnétique, ainsi que le modèle des quarks pour les hadrons. On fête cette année les 50 ans de la découverte de ce modèle par deux physiciens, George Zweig et Murray Gell-Mann. Zweig était en poste au Cern lorsqu'il a publié ses idées dans un article daté du 17 janvier 1964.

 

Stephen Hawking avait déjà fait sensation il y a 40 ans en annonçant que les trous noirs ne piégeaient pas de l'énergie pour toujours et qu'ils pouvaient s'évaporer. Il s'agissait d'une conséquence des lois de la mécanique quantique. Il jette à nouveau le trouble en suggérant que les trous noirs n'existent pas. Mais est-ce vraiment ce qu'il affirme ? L'information ayant suscité des réactions et des affirmations parfois fantaisistes, la réponse mérite une analyse fine...

 

Il y a un an, la société D-Wave Systems réussissait à vendre à Google ce qu'elle présentait comme un véritable calculateur quantique performant, malgré l'incrédulité à peu près générale de la communauté scientifique quant à la faisabilité même d'une telle machine. Une équipe de chercheurs a fait passé de nouveaux tests à D-Wave Two, sans pouvoir apporter la preuve qu'il était plus performant qu'un ordinateur classique.

 

Une équipe de chercheurs de l'université de Stanford a développé une nouvelle technique non invasive pour visualiser et étudier la circulation sanguine dans le cerveau. Pour cela, elle utilise des nanotubes de carbone injectés dans le sang qui peuvent devenir fluorescent sous l'action de la lumière laser dans le proche infrarouge. Cela pourrait conduire à mieux comprendre les origines des AVC, des accidents ischémiques transitoires (AIT) et peut-être de la maladie d'Alzheimer.

 

Les membres de l'Académie royale des sciences de Suède ont déjoué tous les pronostics en attribuant le prix Nobel de physique 2014 aux physiciens japonais et américain à l'origine de la technologie des diodes électroluminescentes bleues. Récompense méritée : déjà utilisées dans les téléphones portables et les lecteurs de Blu-ray, les Led bleues vont devenir omniprésentes dans l'éclairage du futur.

 

Il y a 60 ans, le 29 septembre 1954 précisément, une convention signée par 12 États européens officialisait l'existence de l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire, plus connue aujourd'hui sous le nom de Cern. Quelques mois auparavant, la construction des bâtiments de ce qui est devenu le plus grand laboratoire de physique des particules au monde avait commencé. C'est là que sera conçu le World Wide Web et découvert le boson de Brout-Englert-Higgs.

 

Amener le microscope optique au-delà de la limite théorique de résolution : c'est ce qu'ont réussi Eric Betzig et William Moerner (États-Unis) avec la microscopie monomoléculaire, et Stefan Hell avec la microscopie à fluorescence STED. Les voilà tous les trois récompensés par le jury Nobel.

 

Les travaux du physicien irlandais John Stewart Bell (1928-1990) ont pavé la voie à la toute jeune discipline de l'information quantique. De fait, le théorème qu'il avait démontré en 1964 en réfléchissant au célèbre paradoxe EPR (Einstein-Podolsky-Rosen) a débouché en 1982 sur l'expérience d'Alain Aspect, démontrant la réalité du phénomène d'intrication quantique, qui est à la base des travaux sur la téléportation et la cryptographie quantique. On a fêté récemment le cinquantenaire de la découverte de ce théorème.

 

Les supraconducteurs à température ambiante rendraient possibles bien des machines capables de prouesses extraordinaires et permettraient aussi de conduire de l'électricité sur de longues distances sans pertes. Un nouvel espoir vient d'apparaître à ce sujet avec un cuprate soumis à des impulsions laser.

 

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Un aimant flotte au-dessus d'un cuprate en phase supraconductrice baignant dans de l'azote liquide. © Wikimedia Commons, Mai-Linh Doan