Depuis que les premiers indices d’une nouvelle particule subatomique sont apparus dans les résultats du Grand collisionneur de hadrons (LHC) en décembre dernier, les physiciens du monde entier se sont démenés pour lui donner un sens.
Nous avons maintenant des centaines d’articles qui tentent d’expliquer comment cette nouvelle particule pourrait exister dans le contexte de notre compréhension actuelle des lois de la physique – et si elle ne peut pas exister, ce que cela signifie pour la compréhension actuelle de la physique.
Si ce n’est pas le cas, qu’est-ce que cela signifie pour la compréhension actuelle de la physique ? Quatre nouveaux articles ont été publiés, présentant les explications les plus probables, et disons simplement que si l’une d’entre elles s’avère exacte, la physique des particules telle que nous la connaissons devra subir l’une des plus importantes révisions de son histoire.
“Si cette chose est vraie, c’est énorme. C’est très différent de ce à quoi ressemblait la physique des particules au cours des 30 dernières années”, a déclaré le physicien théoricien David Kaplan de l’université Johns Hopkins à Emily Conover de Science News.
Une chose à souligner d’emblée : nous ne savons toujours pas si cette découverte est réelle ou s’il s’agit d’un coup de chance statistique. Il y a donc un gros bémol à toutes ces spéculations jusqu’à ce que quelqu’un puisse prouver que la “bosse” caractéristique des données n’est pas une erreur.
Mais en supposant que ce ne soit pas le cas, voici ce que nous savons.
L’année dernière, deux expériences menées au LHC – ATLAS et CMS – ont, indépendamment l’une de l’autre, relevé une “bosse” dans leurs données qui ne semblait pas avoir beaucoup de sens, jusqu’à ce que les deux équipes les comparent. Ces bosses étaient exactement les mêmes dans les deux expériences et indiquaient une particule jamais vue auparavant qui, si elle était réelle, briserait le modèle standard de la physique des particules.
Comme nous l’avons indiqué en mars dernier, les deux équipes ont obtenu ces données en faisant s’entrechoquer des protons dans le LHC, ce qui a fini par produire un peu plus de photons de haute énergie (particules de lumière) que ce que nos meilleures théories de la physique peuvent prévoir.
Plus précisément, les détecteurs CMS et ATLAS ont enregistré un pic d’activité à un niveau d’énergie particulier, correspondant à environ 750 gigaélectronvolts (GeV) – ou approximativement 750 milliards d’électronvolts.
Qu’est-ce que cela signifie ? La nouvelle particule semble se désintégrer en deux photons au moment de la collision – si elle existe – et les physiciens doivent maintenant trouver comment.
Si vous voulez savoir exactement comment les physiciens traitent tout cela, il y a maintenant plus de 300 articles sur le site Web de prépresse, arXiv.org, qui n’attendent que vous pour être lus, ou vous pouvez même accéder directement aux données brutes, si vous êtes vraiment intéressé.
Mais si cela vous semble être quelque chose que vous ne ferez jamais, ne vous inquiétez pas : la revue Physical Review Letters vient de publier quatre nouveaux articles qui résument les hypothèses les meilleures et les plus probables sur ce que pourrait être cette nouvelle particule.
L’une des explications les plus probables de cette étrange bosse de données est que la nouvelle particule est un conglomérat de petits éléments, un peu comme les protons et les neutrons qui composent les atomes sont constitués de quarks plus petits, explique M. Conover à Science News.
Des particules semblables à des quarks pourraient être maintenues ensemble par une force inconnue, ce qui pourrait être à la base de la nouvelle particule, ont suggéré les physiciens. “Je pense que c’est le modèle qui fonctionne le mieux avec les données”, a déclaré à Conover la physicienne théoricienne Kathryn Zurek du Lawrence Berkeley National Laboratory en Californie .
Une autre explication, dont vous avez probablement entendu parler à propos du boson de Higgs, sauf qu’il existe depuis quelques mois, est que la nouvelle particule pourrait être très similaire à celle qui est 12 fois plus lourde.
Ou peut-être que la nouvelle particule est une combinaison de ces deux explications – peut-être que le boson de Higgs lui-même est composé d’un tas de particules plus petites.
La quatrième explication avancée par les physiciens pour cette nouvelle particule est qu’il s’agit d’un graviton – une particule hypothétique qui porte la force de gravité.
“Ce serait vraiment remarquable”, écrivait Ian Sample dans The Guardian en mars dernier. “Jusqu’à présent, la gravité s’est avérée impossible à concilier avec les théories sur les autres particules et forces.”
Comme l’explique Science News, le plus grand défi auquel les physiciens sont confrontés à l’heure actuelle pour expliquer le mystérieux blip dans les données est qu’il ne s’est jusqu’à présent révélé que dans un seul type de désintégration, où il produit deux photons.
S’il se désintègre en deux photons, “on pourrait s’attendre à ce qu’il se transforme également en d’autres choses, et le fait que nous ne le voyons pas rend difficile la validité de nombreux modèles”, explique le physicien théoricien Matthew Buckley de l’université Rutgers.
Ce qui ne semble pas non plus avoir beaucoup de sens, c’est le fait que toutes les explications que les physiciens ont trouvées jusqu’à présent ne résolvent pas vraiment les “trous” existants dans notre compréhension de la physique des particules – comme la matière noire et la façon dont le boson de Higgs peut avoir une masse beaucoup plus faible que prévu.
Alors que de nombreux physiciens tentent d’expliquer l’existence d’une nouvelle particule, d’autres nous disent depuis des mois de ne pas retenir notre souffle.
“J’adorerais qu’elle persiste, mais j’ai vu tellement d’effets aller et venir que je dois dire en mon for intérieur que je ne suis pas très optimiste”, a déclaré au Guardian le physicien John Ellis, du King’s College de Londres, et ancien responsable de la théorie au CERN. “Ce serait une découverte tellement fantastique si elle était vraie, précisément parce qu’elle est inattendue, et parce que ce serait la partie émergée d’un iceberg de nouvelles formes de matière.”
Il ne nous reste plus qu’à attendre et voir, mais nous nous rapprochons définitivement de cette chose… si elle est réelle.
Vous pouvez consulter les quatre articles dans Physical Review Letters ici.