Cienciaes.com : L’exploration du petit univers. Nous avons parlé avec Alicia Calderón.

Comprendre l’Univers à sa plus petite échelle, celle où matière et énergie se mélangent dans un fouillis de particules élémentaires et de forces fondamentales, nécessite d’énormes machines et les efforts coordonnés de milliers de scientifiques. La plus grande de ces machines est la Grand collisionneur de hadrons ou LHCappartenant au Laboratoire européen de physique des particules élémentaires (CERN).

Parmi les nombreuses institutions scientifiques liées au LHC il y a le Institut de Physique de Cantabrie. Là, le chercheur Bol Alicia Calderondocteur en Sciences Physiques, travaille sur le détecteur de particules CMS installé dans LHC.

Les vieilles idées du grec Démocrite, qui proposait pour la première fois que la matière était constituée de minuscules atomes indivisibles, ont disparu depuis longtemps. On sait désormais que de telles unités existent, mais elles ne sont pas indivisibles, mais sont composées d’autres particules : des électrons, des protons et des neutrons.

Les électrons sont considérés comme élémentaires, c’est-à-dire qu’ils ne peuvent pas être décomposés en unités plus petites et font partie d’une famille de particules appelées « leptons ». Les protons et les neutrons, en revanche, ne le sont pas ; ces particules et d’autres sont connues sous le nom générique de « hadrons » car elles sont constituées d’un autre ensemble de particules élémentaires : les quarks.

Les leptons et les quarks, ainsi que les quatre forces ou interactions fondamentales qui dominent la nature, à savoir électromagnétique, faible, forte et gravitationnelle, constituent la base de tout ce que nous savons. Les physiciens tentent de décrire les propriétés et les relations entre les particules et les forces fondamentales à l’aide de modèles théoriques. Actuellement, la meilleure théorie qui existe est connue sous le nom de modèle standard de physique des particules.

Le modèle standard décrit l’univers du point de vue de ses plus petites composantes, mais il le fait d’une manière dynamique qui a été ajustée et améliorée au fur et à mesure que les chercheurs théoriques et expérimentaux ont fourni des informations. C’est une voie à double sens, parfois la théorie fournit le guide pour la recherche expérimentale des propriétés et des relations qu’elle prédit, et d’autres fois, ce sont les expériences qui fournissent des données réelles qui nécessitent une correction et un ajustement de la théorie.

Mais expérimenter les plus petits composants de l’univers nécessite, paradoxalement, d’énormes machines. Il LHC en est l’exemple le plus notable.

Il LHC Il s’agit de la plus grande machine jamais construite et probablement la plus coûteuse et la plus complexe. L’énorme installation contient un tunnel en forme d’énorme beignet de 27 kilomètres de circonférence enfoui à une centaine de mètres sous terre près de Genève, à la frontière franco-suisse. À l’intérieur, forcés par d’énormes électroaimants supraconducteurs, les scientifiques font circuler deux faisceaux de protons dans des directions opposées qui sont accélérés à des vitesses proches de celles de la lumière. D’énormes détecteurs sont installés à des endroits précis de la circonférence avec lesquels des scientifiques comme Alicia Calderón et son équipe observent ce qui se passe lorsque les deux faisceaux de protons entrent en collision.

Alicia Calderón raconte lors de l’interview ce qui peut être observé dans le détecteur CMS lorsque deux paquets de protons entrent en collision. Chacun de ces paquets, composés de centaines de milliards de protons, entrent en collision avec une telle violence que leur énergie se disperse et donne de la masse à une infinité de nouvelles particules, dont des électrons, des photons, des muons… C’est dans ce mélange complexe de restes de chaque collision où les scientifiques de l’Institut de Physique de Cantabrie, ainsi que de nombreux autres provenant de dizaines d’institutions à travers le monde, recherchent des traces de nouvelles particules prédites par la théorie et des traces de leurs propriétés. C’est ainsi qu’a été découvert le boson de Higgs, une particule théoriquement proposée en 1964 comme quantum du champ de Higgs qui donne naissance à la masse des particules. L’annonce de la découverte a été faite en 2012 et la confirmation un an plus tard.

Alicia Calderón parle des réalisations du passé et des recherches futures qui seront menées avec le LHCparmi lesquels se trouve la recherche d’une éventuelle particule expliquant l’existence de la matière noire.

Je vous invite à écouter Alicia Calderón Tazón, chercheuse à l’Institut de Physique de Cantabrie (FIAC), Centre commun du Conseil supérieur de la recherche scientifique (SCCI) et l’Université de Cantabrie (UC),