Carla Marín, physicienne : « Nous essayons de reproduire les conditions qui existaient à l’origine de l’univers » | Science

En 2012, le Laboratoire européen de physique des particules (CERN) annonçait la découverte du boson de Higgs. Cette particule, qui explique pourquoi la matière a une masse, a confirmé les prédictions faites en 1964 et constitue un élément fondamental du modèle standard, la théorie qui explique le comportement des particules qui composent le monde. …

En 2012, le Laboratoire européen de physique des particules (CERN) annonçait la découverte du boson de Higgs. Cette particule, qui explique pourquoi la matière a une masse, a confirmé les prédictions faites en 1964 et constitue un élément fondamental du modèle standard, la théorie qui explique le comportement des particules qui composent le monde. La découverte a été possible grâce à une immense infrastructure, le Large Hadron Collider (LHC), un anneau de 27 kilomètres de diamètre construit près de Genève (Suisse) qui a coûté plus de 7 milliards d’euros. À l’intérieur, des protons dirigés par de gros aimants circulent et entrent en collision les uns avec les autres, recréant des situations qui n’existaient pas dans la nature depuis les premiers instants après le Big Bang.

Cette étape a suscité un intérêt extraordinaire pour la physique fondamentale, qui s’est depuis atténué, mais la machine continue de fonctionner à la recherche d’informations permettant de comprendre de quoi est fait le cosmos. Carla Marín (Barcelone, 33 ans) fait partie des scientifiques qui continuent de tester les limites du Modèle Standard. Professeur à l’Université de Barcelone, elle vient de recevoir le prix de jeune chercheuse en physique expérimentale décerné par la Société royale espagnole de physique et la Fondation BBVA.

À Genève, Marín collabore au détecteur LHCb, l’un des quatre grands détecteurs où le LHC fait entrer en collision des protons pour tester les limites de la physique entre les désintégrations qui subsistent après l’impact. «Nous sommes spécialisés dans l’étude des quarks de type b, les plus lourds que nous connaissions», explique Marín. « Nous mesurons très précisément comment ils sont créés, comment ils s’associent à d’autres quarks ou comment ils se désintègrent, car ce sont des particules instables, et nous comparons ce comportement avec ce que nous dit la théorie, pour voir si à un moment donné, ils se brisent ; nous recherchons indirectement une nouvelle physique », explique-t-il.

Demander. Pouvez-vous nous rappeler ce que vous faites au LHC ?

Répondre. Nous accélérons les protons à grande vitesse, leur donnant beaucoup d’énergie, et lorsqu’ils ont déjà la plus grande énergie que nous puissions leur donner, nous les faisons entrer en collision. Par conséquent, le fait d’avoir autant d’énergie est le lieu où sont produites ces particules qui ont plus de masse. Ils ne naissent pas de rien, nous transformons l’énergie en matière.

P. Ces particules qui apparaissent après ces collisions ont-elles déjà existé dans l’univers ?

R. Nous le pensons, mais nous ne le savons pas. On pense qu’au début de l’univers, lorsqu’il était très énergétique, très chaud et très dense, il était concentré dans un très petit espace. La théorie du Big Bang nous dit qu’à ce moment-là, il y avait un état, une soupe de quarks, où existaient tous ces quarks que nous connaissons, les six quarks que prédit le Modèle Standard, qui circulaient librement, en raison de la quantité d’énergie qu’ils avaient. Nous essayons de reproduire les conditions qui existaient à l’origine de l’univers.

P. Vous avez reçu une Starting Grant du Conseil européen de la recherche pour réaliser le Projet CLIMB. Qu’allez-vous chercher ?

R. Nous voulons étudier les désintégrations d’un quark b, qui est l’un des plus massifs, en un quark d, qui est l’un des plus légers, et de deux leptons. Parce que? Ceci, dans le modèle standard, est possible, mais cela arrive très rarement. Environ un tous les 100 millions de fois, un quark b se désintègrera. S’il existe une autre particule, une autre force que nous ne connaissons pas jusqu’à présent, que le modèle standard ne prédit pas, mais qui existe dans la nature, elle peut affecter ces types de désintégrations. Plus cette désintégration est rare dans le modèle standard, plus elle sera sensible à tout effet, aussi petit soit-il, qui sort du modèle et qui pourrait indiquer qu’il existe une nouvelle particule ou une nouvelle force interagissant avec les quarks b.

P. Einstein recherchait une théorie unificatrice capable d’expliquer l’univers entier. Est-il raisonnable de continuer à rechercher ce type de théorie ou la réalité fonctionne-t-elle différemment ?

R. Nous ne savons pas vraiment. Il existe des théories unifiées où l’on tente d’expliquer les forces qui existent dans la nature à partir d’une origine commune, même si elles ne sont pas très à la mode en ce moment. Le problème est de savoir comment vérifier si ce qu’ils prédisent se produit ou non dans la nature. Il nous faudrait beaucoup plus d’énergie que ce que nous pouvons actuellement créer dans le cadre d’expériences pour en constater les effets. Il y aura peut-être un moment où les forces que nous étudions se comporteront un peu différemment, mais d’après ce que nous savons maintenant, cela se produira presque certainement à une énergie très élevée, à laquelle nous n’avons pas accès pour le moment.

On a parfois évoqué, dans une idée quelque peu science-fictionnelle, la création d’un accélérateur autour de la Terre. Il faudrait quelque chose à cette échelle, ce qui, avec la technologie dont nous disposons, n’est pas réalisable. Nous recherchons de nouvelles façons d’accélérer les particules, au-delà de celles que nous utilisons actuellement avec les aimants supraconducteurs. Les plasmas et d’autres technologies sont étudiés pour obtenir de plus grandes accélérations dans moins d’espace, mais nous ne savons pas combien de temps il faudra pour développer ces nouvelles technologies.

P. L’une des particules recherchées, mais non trouvées, est celle qui constituerait la matière noire.

R. Nous avons la preuve très claire, notamment à l’échelle de l’univers, lorsque nous observons les galaxies, que nous avons besoin de matière que nous ne connaissons pas pour expliquer les effets gravitationnels que nous observons. Nous avons cherché dans de nombreux endroits et n’avons rien trouvé jusqu’à présent, alors parfois je me demande si nous recherchons la matière noire aux mauvais endroits, si nous devons inverser le problème. Des variantes de la théorie de la gravité ont par exemple été proposées, mais elles ne semblent pas très prometteuses. Nous regardons dans tous les endroits possibles, de très petites masses qui interagissent beaucoup ou de très grandes masses qui interagissent très peu, mais nous n’avons rien vu nulle part, donc je me demande si nous n’appliquons pas mal les connaissances dont nous disposons.

P. Il semble qu’à la fin du XIXème siècle et au début du XXème siècle il y ait eu des avancées bien plus spectaculaires, avec le modèle atomique, la théorie quantique, la relativité ou encore le Big Bang. Les progrès sont-ils plus lents maintenant ?

R. Je pense que c’est vrai, maintenant les progrès sont un peu plus lents, mais je pense que la différence est que précisément à l’époque que vous mentionnez, nous avons surmonté la barrière technique pour pouvoir voir, par exemple, les quarks. Vous avez pu constater ce niveau de petites choses liées à l’énergie que vous devez mettre dans votre système. Depuis, nous avons progressé, mais de manière très linéaire. Nous sommes désormais capables de créer et d’observer le boson de Higgs lors de nos collisions, mais nous parlons à la fin de la même plage d’énergie, nous ne parlons pas d’ordres de grandeur différents. Nous avons peut-être déjà vu tout ce qu’il y a à voir dans cette fourchette dans laquelle nous nous trouvons et nous avons besoin d’un saut, pas seulement d’une avancée technologique linéaire pour passer à l’état suivant. Sans cette technologie, sans pouvoir faire ce saut technologique pour disposer des nouveaux accélérateurs que j’ai évoqués précédemment, il nous sera très difficile d’atteindre le niveau supérieur.

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