Le LHC a été redémarré ! Voici comment il pourrait changer la physique à jamais

Le Grand collisionneur de hadrons (LHC), ce monstrueux destructeur d’atomes souterrain qui projette des particules à une vitesse proche de celle de la lumière, a été remis en service ce week-end après deux ans d’inactivité.

Le LHC a déjà révolutionné la physique avec la découverte du boson de Higgs. Aujourd’hui, le collisionneur de particules remanié est 60 % plus puissant qu’auparavant, et il est sur le point de modifier une fois de plus notre connaissance de l’Univers.

“C’est une époque très excitante pour les physiciens”, a déclaré Jon Butterworth, professeur de physique à l’University College de Londres, lors d’une conférence publique donnée à l’Institut Perimeter le 2 avril sur le prochain passage du LHC.

Butterworth a expliqué certains des plus grands mystères de la physique que le LHC pourrait contribuer à résoudre lorsqu’il sera relancé :

1. Supersymétrie

Le boson de Higgs était la dernière particule prédite par la théorie dominante en physique des particules : le modèle standard. Les scientifiques savent cependant depuis longtemps que cette théorie est incomplète.

La supersymétrie prédit qu’il existe une particule partenaire à découvrir pour chaque particule du modèle standard. Le nouveau LHC amélioré va projeter des protons les uns contre les autres dans des collisions frontales qui génèrent des nuages extrêmement chauds remplis de particules subatomiques exotiques. Les physiciens espèrent trouver des traces de ces particules supersymétriques dans les nuages issus des collisions à grande vitesse.

la matière noire se trouve dans cet amas de galaxies. Image Le brouillard est l’interprétation d’un astronome de l’endroit où la NASA & ESA

2. La matière noire

Une substance mystérieuse, invisible et jusqu’à présent non détectée constitue plus d’un quart de notre Univers. On l’appelle la matière noire, et sa découverte serait tout aussi importante pour la physique que celle du boson de Higgs.

“Lorsque vous regardez une galaxie, vous ne voyez qu’une toute petite partie de sa masse”, a déclaré Butterworth. Le reste est lié à la matière noire.

Cependant, il n’existe toujours pas de preuve directe ou observationnelle de son existence. Les physiciens savent qu’elle n’est composée d’aucun type de particule que nous connaissons déjà. L’une des particules prédites par la supersymétrie est le candidat parfait pour une particule de matière noire. Les physiciens pensent qu’il doit s’agir d’une particule très lourde qui nécessite une collision très puissante (c’est pourquoi nous ne l’avons pas vue lors du premier passage du LHC) et qu’elle interagit faiblement avec d’autres particules (c’est pourquoi nous n’avons pas pu l’observer).

3. Antimatière

La physique nous apprend que chaque particule a un partenaire antiparticulaire. Cela signifie que le Big Bang aurait dû produire une quantité égale de matière et d’antimatière, a déclaré Butterworth.

Les physiciens ont démontré que chaque fois que la matière et l’antimatière entrent en contact, elles s’oblitèrent mutuellement. Mais si une quantité égale de matière et d’antimatière a été créée par le Big Bang, cela ne signifie-t-il pas que l’Univers se serait détruit lui-même ? Il semble qu’il y ait beaucoup plus de matière que d’antimatière, mais les physiciens ne savent pas pourquoi.

Toute cette antimatière a disparu. Le LHC va étudier plus en profondeur les particules de matière et d’antimatière pour tenter de résoudre ce mystère.

ondes gravitationnelles. Image : ondes gravitationnelles Une impression d’artiste de la NASA & ESA

4. Gravité

“Il est très clair que la gravité ne fonctionne pas avec le modèle standard”, a déclaré Butterworth.

La gravité n’est même pas représentée par l’une des particules que nous connaissons. Certains physiciens pensent qu’une particule de gravité existe (appelée “graviton”) et que nous pourrions en trouver la preuve dans le nouveau LHC amélioré.

Certains physiciens ont même une théorie farfelue selon laquelle la gravité de notre Univers s’infiltre dans des trous noirs qui pourraient apparaître dans le LHC et disparaître presque immédiatement. des dimensions supplémentaires que nous ne pouvons pas voir, et nous en trouverions la preuve dans des particules microscopiques

5. L’énergie sombre

Lorsque les cosmologistes ont découvert que l’Univers est toujours en expansion, et qu’il continue de s’étendre à un rythme croissant, cela a marqué une révolution dans le domaine.

Cela a également posé un autre problème à la gravité. Si la gravité existe, il doit y avoir une autre force qui alimente cette expansion rapide de l’Univers. Les physiciens désignent cette force sous le nom d’énergie sombre, mais nous en savons très peu sur elle.

Certains pensent qu’elle est liée à la supersymétrie, et les collisions de particules beaucoup plus rapides et plus puissantes du LHC pourraient nous en apprendre davantage.

La découverte de l’énergie noire “devrait conduire à une révolution de la gravité et de la mécanique quantique”, a déclaré M. Butterworth.

Il faudra quelques mois pour que le LHC atteigne sa puissance maximale, mais à ce moment-là, il est possible que nous trouvions quelque chose qui bouleverse toute la physique.