Nouvelle physique

Une vue du tunnel où se trouve le LHC. © Cern

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Nouvelle physique

Matière noire : le LHC traque des particules mille fois moins chargées qu'un électron

Certaines particules qui composent peut-être la matière dite noire pourraient ne pas l'être complètement. Il suffirait qu'elles possèdent une très faible charge électrique comme le postulent certaines théories relevant d'une nouvelle physique. Une expérience en cours de développement avec le LHC permet de traquer ces particules dites millichargées capables d'émettre un peu de lumière.

L'expérience Xenon 1T a-t-elle découvert la matière noire ? Elle se trouve sous le Gran Sasso, en Italie, dans une caverne qui mesure 100 m de long, 20 m de large et 18 m de haut. Le nouvel instrument y est installé à l'intérieur d'un château d'eau de 10 m de diamètre afin de le protéger de la radioactivité naturelle de l'environnement. © Xenon Collaboration

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Nouvelle physique

La matière noire pointe-t-elle enfin le bout de son nez dans Xenon 1T ?

Le détecteur géant Xenon 1T voit pour la première fois un excès d'événements comme le disent les physiciens dans leur jargon. Le nombre de ces événements est encore trop faible pour être significatif, comme le savent tous les statisticiens débutants, mais les observations suggèrent que la découverte des particules de matière noire n'est peut-être pas très loin. Il pourrait par exemple s'agir d'axions.

Les tentatives pour mettre en évidence une « cinquième force » sont nombreuses depuis quelques décennies... © agsandrew, Adobe Stock

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Nouvelle physique

Cinquième force : toujours aucune preuve de son existence

Comme en 2016, des physiciens (les mêmes) pensent avoir repéré une « cinquième force » qui viendrait s'ajouter aux quatre que la science reconnaît aujourd'hui. Il ne s'agit pour le moment que d'un article déposé sur arXiv, sans vérification par des groupes indépendants. On peut toujours avancer les mêmes raisons de ne pas prendre cette annonce au sérieux.

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Matière noire : le LHC traque des particules mille fois moins chargées qu'un électron

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La matière noire pointe-t-elle enfin le bout de son nez dans Xenon 1T ?

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Cinquième force : toujours aucune preuve de son existence

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Cousin lourd de l'électron, le muon se comporte comme un petit aimant en rotation et, depuis longtemps, défie les prédictions du modèle standard de la physique des particules. Laboratoire pour tester des théories peut-être invérifiables avec le LHC, comme celles concernant la matière noire, il a fait l'objet d'une longue prise de mesures avec une expérience menée par les physiciens du Fermilab, aux États-Unis, au point d'avoir peut-être atteint en 2023 le statut de découverte d'une nouvelle physique.

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Physique des particules

De possibles signes d'une cinquième force confirmés avec des muons au Fermilab

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• 13/08/2023

Le Cern ne chasse pas les particules de matière noire uniquement en faisant collisionner des faisceaux de protons produits par le LHC dans ses détecteurs géants. Il dispose aussi d'une sorte de télescope permettant de traquer un type particulier de matière noire que pourrait produire le Soleil ou qui pourrait se trouver dans le halo où baigne notre Galaxie. Un nouveau bilan de cette chasse avec ce que l'on appelle des axions vient d'être publié.

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Physique

Matière noire : dernières nouvelles de la chasse aux axions au Cern

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• 03/01/2023

Une vue du LHC. © Cern

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Lhc

LHC haute luminosité

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• 04/12/2021

Deuxième invité exceptionnel de notre série « rédacteur en chef » de Futura pour une journée : Étienne Klein. Ne manquez surtout pas, mercredi 6 octobre, son édito et les articles inédits qu’il nous a demandé d'écrire.

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Magazine Science

Journée spéciale demain avec Étienne Klein, rédacteur en chef invité

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• 05/10/2021

Le début des années 2000 a été marqué par de tels progrès en cosmologie que l’on a pu parler de son entrée dans l’ère de la précision et de la constitution de ce qui a été appelé le modèle de concordance. Mais on assiste maintenant à des discordances selon les méthodes entre les diverses estimations de l’accélération de l’expansion du cosmos observable, peut-être causée par l’énergie noire. Sommes-nous à la veille d’une révolution en cosmologie ?

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Cosmologie

Énergie noire : la constante cosmologique d'Einstein implique-t-elle une crise en cosmologie ?

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• 15/09/2021

Les particules de matière noire dans l'univers observable pourraient être des cousins proches du photon décrit par des équations ressemblant à celle de l'interaction électromagnétique. Doués de masse, contrairement au photon du modèle standard, ces photons noirs, que l'on appelle aussi des bosons U, sont chassés au Cern grâce à l'expérience NA 64 qui reprend du service après le démarrage du plus puissant accélérateur de particules du Cern après le LHC, le Supersynchrotron à protons.

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Matière noire

Matière noire : le Supersynchrotron à protons redémarre la chasse aux photons noirs au Cern avec NA 64

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• 27/08/2021

Avant les années 1960, la relativité générale était considérée comme une théorie fascinante mais se prêtant mal aux tests et avec peu de pertinence pour l'astrophysique, voire avec la physique fondamentale alors dominée par la théorie quantique des particules élémentaires. Tout a bien changé aujourd'hui comme le prouve l'utilisation des images du trou noir M87* pour tenter de démontrer l'existence de trous noirs exotiques, solutions d'équations différentes de celles de la théorie de la gravitation d'Einstein.

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Trou noir supermassif

Event Horizon Telescope : le trou noir M87* possède-t-il des « charges électriques» exotiques ?

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• 23/05/2021

Lorsqu’il est question d’expansion de l’Univers, les cosmologistes ne débattent plus de savoir si oui ou non l’Univers s’étend. Ils se demandent à quelle vitesse il le fait. Car deux mesures donnent des résultats différents. Ils comptent donc désormais sur les lentilles gravitationnelles pour enlever enfin cette épine de leur pied.

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Cosmologie

Des lentilles gravitationnelles fortes pour une mesure plus précise de l'Univers ?

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• 22/11/2020

Cela fait cinq ans que nous sommes entrés dans l'ère de l'astronomie gravitationnelle avec Ligo et Virgo. La chasse aux fusions de trous noirs et d'étoiles à neutrons a été bonne et elle ne fait que commencer avec déjà 50 collisions de ces astres compacts détectées. Elles apportent des renseignements nouveaux sur les populations de trous noirs mais surtout renouvellent notre quête d'une nouvelle physique au-delà de la relativité générale en testant ses prédictions.

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Ondes gravitationnelles

Ondes gravitationnelles : des dizaines de collisions de trous noirs testent la relativité générale

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• 10/11/2020

Le positronium est un cousin de l'atome d'hydrogène avec le proton remplacé par l'antiparticule de l'électron, le positron. Une nouvelle étude, plus pointue, de la façon dont le positronium émet ou absorbe de la lumière a conduit à un désaccord important avec l'électrodynamique quantique, la théorie physique la plus précise connue de l'Humanité. Faudra-t-il aller au-delà du modèle standard pour rendre compte de cette anomalie ?

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Physique

Le positronium défie les prédictions de la physique

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• 29/08/2020

La matière noire est l'une des grandes énigmes de l'astrophysique. Si les particules qui la constituent existent bien, elles devraient nous permettre de comprendre l'origine des galaxies. Mais leur nature reste un mystère. Stefano Panebianco, ingénieur de recherche au CEA, nous explique cette question très ouverte.

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Matière noire

Qu’est-ce que la matière noire ?

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• 17/06/2020

Si les particules de matière noire existent, elles auraient bombardé certaines roches terrestres pendant des milliards d'années, laissant des traces de leur passage. Ces paléodétecteurs pourraient donc être plus efficaces que les gros détecteurs actuels pour démontrer l'existence d'une nouvelle physique.

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Matière noire

Matière noire : les plus vieilles roches sur Terre permettraient sa découverte

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• 20/03/2019

Le Cern va construire un nouveau petit détecteur pour les expériences au LHC. Appelé Faser, il permettra de tester des modèles exotiques de particules de matière noire, notamment ceux avec les fameux photons noirs qui pourraient trahir l'existence d'un monde parallèle.

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Physique

Matière noire : le Cern repartira à la chasse aux photons noirs avec Faser

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• 06/03/2019

L'expérience Acme est loin d'être aussi coûteuse et complexe que celles menées avec le LHC dans ses grands détecteurs. Elle permet toutefois de poser des contraintes sur les masses de certaines particules, notamment postulées par les théories supersymétriques, que pourrait détecter le LHC. Les derniers résultats n'incitent pas à l'optimisme.

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Physique

Supersymétrie : le LHC risque de ne pas détecter certaines nouvelles particules

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• 23/10/2018

Les travaux de construction d'un nouveau LHC ont débuté. Celui-ci produira des faisceaux de protons plus intenses pour des collisions plus riches en évènements rares. Ce LHC à haute luminosité, ou HL-LHC, devrait partir chasser de la nouvelle physique à l'horizon 2025-2026.

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Cern

HL-LHC : la construction du successeur du LHC débute !

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• 03/07/2018

Les astrophysiciens tentent de prendre en défaut les équations d'Einstein en espérant découvrir une nouvelle physique de la gravitation. La « générale » est de nouveau victorieuse en passant un test avec une précision record en dehors de la Voie lactée.

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Astronomie

Relativité générale : au-delà de la Voie lactée, Einstein a toujours raison

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• 27/06/2018

On attend beaucoup de l'astronomie des ondes gravitationnelles pour tester nos théories physiques et astrophysiques sur les trous noirs supermassifs. La mission eLisa est faite pour ça mais elle ne sera opérationnelle que dans les années 2030. Quelques résultats intéressants pourraient peut-être déjà être obtenus dans les années 2020 en utilisant le satellite Gaia.

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Ondes gravitationnelles

Ondes gravitationnelles : Gaia pourrait les détecter avant eLisa

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• 18/01/2018

Ligo et Virgo ont détecté conjointement une fusion de trous noirs mais aussi d'étoiles à neutrons donnant lieu à une kilonova, source d'un sursaut gamma court. Ces deux observations ont été utilisées pour contraindre une nouvelle physique qui pourrait provenir de la théorie des supercordes. Futura a demandé quelques explications à Olivier Minazzoli, membre de la collaboration Virgo et qui travaille au centre scientifique de Monaco et à l'Observatoire de la Côte d'Azur (OCA).

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Onde gravitationnelle

Supercordes et ondes gravitationnelles : ce que Ligo et Virgo pourraient révéler

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• 02/11/2017

Sur cette image provenant d'une des meilleures simulations de la formation des grandes structures de l'univers, des filaments de matière noire contenant des superamas de galaxies apparaissent clairement. On note aussi la présence de grands vides que l'on appelle parfois des vides cosmiques (cosmic voids en anglais). © Max Planck Institute for Astrophysics, Millennium Simulation Project

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Wimps

Wimp

définition

• 08/10/2017

Pour interpréter au mieux les observations du futur satellite Euclid, de l'ESA, et percer les secrets de la matière et de l'énergie noires, des simulations numériques de la formation des galaxies sont nécessaires. L'une d'elles vient de battre le record de taille en simulant l'évolution de l'univers observable depuis les âges sombres.

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Cosmologie

Matière noire : une simulation géante de l'univers pour percer ses secrets

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• 14/06/2017

Un peu d'espoir pour conjurer le cauchemar de l'hypothèse du désert en physique des particules. Trois expériences différentes mettant en jeu des désintégrations de mésons B donnent des résultats étranges, mais cohérents, qui suggèrent l'existence de nouvelles particules dont certaines émergent naturellement de la théorie des cordes.

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Physique

Trois expériences ont-elles vu le boson W' de la théorie des cordes ?

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• 12/06/2017

L'idée d'une cinquième force découle naturellement des travaux cherchant à prolonger la théorie de la relativité générale pour unifier la physique ou pour expliquer l'énergie noire. Si elle existe, elle pourrait suffisamment modifier les mouvements des étoiles proches du trou noir supermassif de la Voie lactée pour être bientôt mise en évidence.

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Physique

Les astronomes chassent la cinquième force autour de notre trou noir galactique

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• 01/06/2017

Des théories proposées depuis les années 1970 pour unifier les forces de la nature prédisent que le proton est instable. Un jour, tous les noyaux de l’univers observable n’existeront donc plus si l’une de ces théories est exacte. On cherche à vérifier cette prédiction avec des expériences comme celle de Super Kamiokande. Elles indiquent pour le moment que sa durée de vie doit être supérieure à un million de milliards de milliards de milliards d’années.

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Physique

Quand les protons disparaîtront-ils de l'univers ?

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• 29/04/2017

La physique fondamentale du Big Bang, la gravitation quantique, pourrait se manifester tout proche de l'horizon des trous noirs en modifiant de façon caractéristique la propagation des ondes, qu'elles soient gravitationnelles ou électromagnétiques. Cet effet pourrait être observable grâce à un pulsar en orbite autour d'un trou noir.

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Physique

La gravitation quantique pourrait être testée grâce à un couple pulsar-trou noir supermassif

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• 15/03/2017

Pendant les années 1970, l'astronome Vera Rubin a établi que les étoiles dans beaucoup de galaxies tournaient plus vite qu'elles ne le devraient si la gravitation n'était produite que par la matière lumineuse visible. Considérée depuis lors comme la découvreuse de la matière noire, elle vient de décéder à 88 ans.

Sciences

Matière noire

Avec la disparition de Vera Rubin, la matière noire est orpheline

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• 28/12/2016

Encore plus difficile à détecter que les trois types de neutrinos du modèle standard, les neutrinos stériles sont un des serpents de mer de la cosmologie et de la physique théorique. Des mesures faites avec le détecteur IceCube, immense instrument enfoui dans les glaces de l'Antarctique, viennent pourtant de rendre leur existence moins plausible en réfutant les expériences qui la suggéraient.

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Neutrino

Matière noire : IceCube a-t-il réfuté les neutrinos stériles ?

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• 13/08/2016

Les résultats obtenus au LHC démontrent que le modèle standard de la physique des particules et les théories qui le fondent sont plus solides que jamais... ce qui désespère les physiciens, qui aiment tant l'inconnu. Le nouveau boson qui semblait sur le point d'être découvert n'était qu'une fluctuation aléatoire des signaux. Qu'une nouvelle physique échappe toujours à nos filets pourrait signifier que nous vivons dans une région d'un multivers.

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Cern

Le LHC est triste : il n'y a pas de nouveau boson, mais y a-t-il un multivers ?

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• 09/08/2016

Prendre part à la quête du graal de la physique des hautes énergies, c'est-à-dire la découverte de particules exotiques issues d'une physique au-delà du Modèle standard, est désormais à la portée de tous. Il suffit de se connecter sur le site Higgs Hunters et de se laisser guider (en anglais) pour, avec de la chance, aider les physiciens à faire la lumière sur la nature de la matière noire.

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Physique

Grâce au LHC, vous aussi, vous pouvez découvrir de nouvelles particules

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• 14/07/2016

Les premiers éléments chimiques sont apparus entre une seconde et quelques minutes après la naissance de l'univers observable lors du Big Bang. En ce qui concerne le lithium 7, les calculs effectués jusqu'à présent prédisaient une quantité trois fois supérieure à celle observée. Cette énigme de la cosmologie pourrait bien être résolue grâce à un nouveau champ de particules.

Sciences

Nouvelle physique

Une nouvelle particule pour résoudre l'énigme du lithium cosmologique ?

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• 08/06/2016

Des faisceaux de protons circulent à nouveau dans le LHC (le Grand collisionneur de hadrons) et, dans quelque temps, ils seront utilisés pour réaliser des collisions. La luminosité ne fera que croître en 2016 alors, avec ces faisceaux, les physiciens entendent bien découvrir de nouvelles particules. L'objectif : éclairer certaines des plus grandes énigmes de la physique et de la cosmologie.

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Cern

Le LHC sort enfin de son sommeil hivernal !

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• 04/04/2016

Le boson de Brout-Englert-Higgs a des caractéristiques qui rendent problématique la découverte de la matière noire à basses énergies. Alors, doit-on la chercher dans des particules très lourdes, sortes de mini-trous noirs, ayant presque la masse de Planck ? Si tel est le cas, la trace des ondes gravitationnelles du Big Bang dans le rayonnement fossile devrait être bientôt détectable. C'est l'hypothèse de certains théoriciens.

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Univers

La matière noire serait constituée de particules ultramassives ?

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• 26/03/2016

En 2015, des physiciens du Cern avaient annoncé qu'un nouveau boson semblait pointer le bout de son nez, un peu comme le boson de Brout-Englert-Higgs en son temps. En affinant leurs analyses, les chercheurs viennent de confirmer cette impression... mais précisent qu'il est tout à fait possible que ce signal ne soit que du bruit.

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Physique des particules

Le mystérieux boson du LHC excite les esprits, mais reste fantomatique

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• 18/03/2016

Outre son importance scientifique, la première détection directe d'une onde gravitationnelle sur Terre ouvre l'ère de l'astronomie gravitationnelle. Les résultats les plus spectaculaires sont attendus à partir de 2030, quand la mission eLisa sera opérationnelle, comme nous l'explique le physicien théoricien Pierre Binétruy dans cette deuxième partie de l'entretien qu'il nous a accordé (voir la première partie ici).

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Onde gravititationnelle

Ondes gravitationnelles : déjà une nouvelle mission en préparation

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• 11/03/2016

Le Cern a été le premier laboratoire de physique des hautes énergies au monde à produire, il y a plus de 20 ans, un atome d'antihydrogène. Avec l'expérience Alpha, il cherche aujourd'hui à découvrir des traces d'une nouvelle physique en montrant que cet antiatome n'est pas aussi neutre que l'atome d'hydrogène.

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Nouvelle physique

Le Cern révélera-t-il bientôt l'énigme de l'antimatière ?

actualité

• 29/01/2016

« Les fermions sont découverts aux États-Unis et les bosons en Europe » : cette plaisanterie à succès chez les physiciens va peut-être de nouveau être confirmée par de curieuses observations réalisées grâce aux détecteurs Atlas et CMS, du Cern. La prudence s'impose néanmoins mais il se peut que le LHC découvre bientôt un nouveau boson six fois plus lourd que celui de Brout-Englert-Higgs.

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Nouvelle physique

Au LHC, un énigmatique signal montre-t-il un nouveau boson ?

actualité

• 16/12/2015

Et si les électrons finissaient par se désintégrer ? Les physiciens envisagent cette possibilité depuis longtemps. Si le phénomène était réel, il conduirait un jour (lointain) à la destruction des atomes de l'univers. Bien avant, il nous mettrait sur la piste d'une nouvelle physique. Le détecteur Borexino, en Italie, a tenté de surprendre cette désintégration, qui pourrait se faire sous forme de neutrinos et de photons.

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Physique des particules

Nos électrons se désintégreront-ils un jour en neutrinos ?

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• 13/12/2015

Une large majorité du contenu de l'univers se trouve sous la forme d'une énergie inconnue. Cette énergie étonnante signale peut-être une nouvelle physique au-delà du modèle standard. Elle a reçu le nom d’« énergie noire ». Découvrez ses mystères dans ce dossier.

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Physique

Dossier : à la découverte de l'énergie noire

actualité

• 16/11/2015

Particules spéculatives, les monopôles magnétiques portent des charges magnétiques élémentaires, comme électrons et positrons portent des charges électriques. Leur découverte, et surtout leur capture sur Terre, révolutionneraient la physique, voire l'astronautique. Dans les glaces de l'Antarctique, le détecteur de neutrinos IceCube n'a pas été conçu pour cela, mais certains chercheurs s'en servent pour chasser d'hypothétiques monopôles venus de l'espace.

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Physique des particules

Les monopôles magnétiques, clés des futurs voyages spatiaux ?

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• 15/11/2015

Parmi les signes d'une nouvelle physique accessibles au LHC, on trouve le mythique boson Z'. Un curieux événement, malheureusement unique pour le moment, a été mis en évidence dans le détecteur CMS. Il pourrait trahir l'existence de ce boson.

Sciences

Cern

Le LHC toujours sur la trace du mythique boson Z'

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• 07/09/2015

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.

Sciences

Cern

Le LHC sur le point de découvrir un nouveau boson ?

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• 22/07/2015

Il y a deux semaines, le LHC battait un record avec les premières collisions de faisceaux de protons à 13 TeV. Bien maitrisés, ces faisceaux sont désormais utilisés depuis ce matin pour repousser les frontières de la connaissance humaine. Les collisions étudiées avec les détecteurs Alice, LHCb, Atlas et CMS pourraient montrer de quoi est faite la matière noire et nous apprendre que les forces sont unifiées au moyen d'un espace-temps possédant des dimensions spatiales supplémentaires ou une géométrie non commutative.

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Cern

Le LHC chasse à nouveau les particules de matière noire

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• 03/06/2015

Comme prévu, la chasse à la nouvelle physique reprend en juin 2015 au LHC. Elle devrait débuter le matin du mercredi 3 juin et l'événement sera retransmis et commenté en direct sur le blog du Cern.

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Cern

Le LHC sera demain, à nouveau, sur la piste d'une nouvelle physique

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• 02/06/2015

Dans la soirée du mercredi 20 mai 2015, le Cern a fait savoir que d’ici 24 heures, les premières collisions à une énergie record de 13 téraélectronvolts (TeV) allaient avoir lieu dans les détecteurs géants du LHC. Elles ont déjà eu lieu pendant la nuit ! Le véritable redémarrage de la prise de données pour chasser de la nouvelle physique est donc en marche. Une clé capitale pour la cosmologie et pour mieux comprendre le Big Bang.

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Cern

LHC : déjà les premières collisions à 13 TeV !

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• 21/05/2015

En prélude au redémarrage du LHC programmé pour février 2015, des faisceaux de protons ont circulé dans les étages de pré-accélération utilisés pour les préparer avant leur injection dans le grand collisionneur de hadrons. Pour des découvertes révolutionnaires en physique des particules avec le LHC, il faudra attendre probablement au moins 2016.

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Cern

Le retour des protons au LHC prévu pour février 2015

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• 27/11/2014

Les progrès de la technologie permettent, au laboratoire, de poser des contraintes de plus en plus fortes sur d’éventuelles variations de certaines grandeurs physiques originellement considérées comme fixes dans l’espace et le temps, telle la constante de la gravitation. En tentant de mesurer une évolution dans le temps de l’intensité caractéristique de la force électromagnétique et des masses des protons et des électrons, les physiciens traquent des signes d’une nouvelle physique.

Sciences

Nouvelle physique

La masse et la charge du proton changent-elles avec le temps ?

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• 25/11/2014

Les résultats négatifs de plusieurs expériences parties à la recherche d’une classe de particules de matière noire massives que l’on appelle des Wimps laissent penser qu’il faudrait plutôt s’orienter vers des modèles où elles seraient légères. Dans ce cas, elles pourraient émettre des cousins du photon, presque invisibles pour nous, appelés des photons noirs. Des traces de ces particules ont été recherchées dans une ancienne expérience du SLAC.

Sciences

Physique

On a chassé des photons noirs sans le savoir, il y a 30 ans

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• 02/11/2014

Plusieurs des prédictions de la théorie de la nucléosynthèse primordiale, l’un des piliers de la théorie du Big Bang, ont été couronnées de succès. Mais un désaccord subsistait entre les prévisions de la théorie et les observations quant à l’abondance du lithium dans la Voie lactée. Une équipe internationale d’astronomes, en mesurant une distribution similaire en dehors de notre galaxie, vient de confirmer qu'il s'agit bien d’une véritable énigme cosmologique.

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Big-Bang

Cosmologie : l'énigme du lithium se confirme

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• 18/09/2014

Sans le boson de Brout-Englert-Higgs (BEH), les collisions entre deux bosons W conduisent à des incohérences dans le cadre du modèle standard, à moins de postuler de la nouvelle physique. Or, une équipe vient justement d'en trouver la trace dans les données recueillies au LHC par l'instrument Atlas. Ces collisions font-elles bien intervenir le boson de Higgs ou autre chose ? C'est ce qui doit être vérifié désormais.

Sciences

Théorie électrofaible

Au LHC, une nouvelle fenêtre s'ouvre sur la physique du boson de Higgs

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• 23/07/2014