Université d'Oran

Une présentation succincte des évolutions majeures de la physique des particules, qui a notamment abouti à l'élaboration du «Modèle standard», a été effectuée par Mme Iddir Farida Ghizlane, chef de projet à l'université d'Oran à l'occasion de la Fête de la science.Un événement qu'organise l'IFO chaque année au mois d'octobre et au profit d'un plus large public. A chaque étape, depuis plus d'un siècle, des hommes ont consacré des vies entières pour faire avancer la connaissance. Wolfgang Pauli, Paul Dirac, Enrico Fermi, Georges Zweig, Murray Gell-Mann, Peter Higgs et tant d'autres, nobélisés ou pas, ont chacun apporté une pierre à l'édifice. Aujourd'hui, le Modèle standard est communément admis par la communauté scientifique comme étant le mieux indiqué pour répondre aux questions liées aux constituants fondamentaux de la matière et les interactions qui entrent en jeu pour les relier les uns aux autres.Les particules élémentaires se subdivisent en deux grandes familles que sont les fermions et les bosons différenciés par leur spin (fractionnaires pour les premiers et entiers pour les seconds). Douze «briques» fondamentales constituent la première famille avec d'un côté les quarks et, de l'autre, les leptons. Les quarks découverts graduellement sont les constituants des hadrons (les neutrons et les protons en sont quelques exemples) et portent des noms spécifiques, up, down, charm, strange, top et bottom.Les leptons constituent une classe qui englobe l'électron (plus connu) mais aussi ce qu'on appelle le muon et le tau, tous chargés négativement ainsi que toute une famille de particules très légères (en comparaison) et de charge neutre qu'on appelle les neutrinos dotés de saveurs associées (neutrino électronique, neutrino muoiques et, enfin, le neutrino tauique). La deuxième classe concerne les bosons, eux aussi regroupés en deux catégories.D'un côté les bosons dits de Jauge sont liés par trois types d'interactions. La plus connue, l'interaction électromagnétique, génère le photon. L'interaction forte met en scène les gluons. Elle est responsable de la cohésion des quarks à l'intérieur d'un hadron ou dite résiduelle quand elle sert à lier les hadrons entre eux (cohésion du noyau atomique même avec des éléments de même charge électrique qui devraient normalement se repousser).Trois autres bosons dits W+, W- et Z° sont associés à l'interaction faible, celle qui entre en jeu dans la radioactivité, plus précisément la désintégration dite bêta. Considéré comme boson hypothétique, le graviton est formulé théoriquement mais aucune preuve n'est venue le confirmer. Il reste le boson de Higgs prévu depuis des années et associé à une interaction combinant la faible et l'électromagnétique et dite électrofaible. Une spécificité qui n'a pas empêché sa mise en en évidence en 2012 grâce au LHC (Large Hadron Collider) du Centre européen de la recherche nucléaire (CERN).Les accélérateurs de particules (il en existe aussi aux Etats-Unis) et particulièrement le LHC jouent un grand rôle dans l'évolution de la physique. Le pendant technologique est extrêmement important pour réaliser des structures capables de vérifier des théories, de confirmer des prédictions et de donner du crédit à la science. Le LHC emploie 10 fois plus d'ingénieurs que de chercheurs qui sont déjà plusieurs centaines. Grâce à la décentralisation, les capacités de stockage des données recueillies ont été décuplées et ont de quoi occuper la communauté scientifique pendant des années.Entré en service en 2008, le LHC a été mis à l'arrêt pour rénovation en février 2013. Dans sa première phase, il n'a fonctionné qu'avec la moitié de la capacité maximale pour laquelle il a été conçu, c'est-à-dire atteindre des énergies de l'ordre de 14 Tev (T pour 10 à la puissance 12). Il a atteint 8Tev mais pour la deuxième phase d'exploitation, à partir de 2015, on compte atteindre 13 Tev et espérer faire d'autres découvertes importantes.Des réparations ont été entamées sur l'ensemble de la structure (sur près de 27 km), notamment les aimants supraconducteurs qui règlent les trajectoires des faisceaux hadroniques et les shunts, jonctions électriques qui les relient entre eux. Le système de refroidissement peut générer des températures à -271,3°C, proches du zéro absolu (-273, 15 °C) rendant certains matériaux supraconducteurs. En somme, des prouesses technologiques pour aller encore plus loin dans la recherche fondamentale.L'antimatière est un concept admis et prouvé mais la théorie de la Supersymétrie qui prévoit une particule partenaire pour chaque élément du modèle standard n'est pas encore très bien mise au point. Néanmoins c'est déjà l'un des axes de recherches pour lesquels les physiciens tenteront d'apporter du crédit en plus du rêve lointain de la grande théorie de l'unification. Les collisions à haute énergie de particules tentent de recréer les conditions des tous premiers instants du big-bang caractérisés par une «soupe primordiale» extrêmement dense, chaude et chaotique, un plasma principalement formé de quarks et de gluons mais à l'état libre.Le LHC pourrait également répondre à la question pourquoi la matière a pris le dessus sur l'antimatière donnant naissance à l'univers connu aujourd'hui. Dans ce même univers, une grande question subsiste également. La masse de l'univers observable ne représente que 4,5% de la masse totale, ce qui suppose l'existence d'une matière qualifiée de «noire» à laquelle on associe, compte tenu de l'accélération de l'expansion de l'univers, une énergie dite «sombre».