Redémarrage du Large Hadron Collider et recherche d’une cinquième force de la nature | Grand collisionneur de hadrons

Le Grand collisionneur de hadrons Le (LHC) reprendra vendredi après une interruption de trois ans, et devrait résoudre un problème scientifique sur l’existence ou non d’une mystérieuse anomalie qui pourrait indiquer l’existence d’une cinquième force fondamentale de la nature.

des résultats déroutants J’ai mentionné l’année dernière Il a ravivé l’espoir que le collisionneur de 20 milles de long pourrait faire une deuxième découverte massive, plus d’une décennie plus tard. le boson de Higgs.

« Nous entrons dans cette course avec plus d’optimisme quant à la possibilité d’une révolution à venir », a déclaré le Dr Mitesh Patel, physicien des particules à l’Imperial College de Londres, dont l’équipe était responsable de la recherche l’année dernière.

Jusqu’à présent, tout ce qui a été découvert dans le LHC – y compris le Higgs – est conforme à la soi-disant Forme standard. C’est la théorie directrice de la physique des particules depuis les années 1970, mais elle est connue pour être incomplète car elle ne parvient pas à expliquer certains des mystères les plus profonds de la physique, comme la nature de la matière noire.

Mais, Données recueillies dans l’ expérience LHCb .l’un des quatre détecteurs de particules massives du Cern en Suisse, qui semble montrer que les particules se comportent d’une manière qui ne peut être expliquée par le modèle standard.

L’expérience a examiné la désintégration de particules appelées quarks de beauté, qui devraient se désintégrer à un rythme égal en électrons et en leurs cousins ​​plus lourds, les muons. Cependant, les quarks de beauté semblent se révéler être 15 % de muons en moins, indiquant qu’un facteur inconnu – potentiellement une nouvelle force – faisait pencher la balance. Deux des meilleurs candidats comprennent des particules porteuses de force hypothétiques appelées leptoquarks, ou nombres premiers Z.

« Les enjeux sont très élevés », a déclaré Patel. « Si nous confirmons cela, ce sera une révolution du genre que nous n’avons jamais vue – certainement dans ma vie. Vous ne voulez pas tout gâcher. »

Avant d’arrêter le LHC pour une mise à niveau en 2018, l’équipe a collecté suffisamment de données pour indiquer que les chances étaient d’environ un millier pour un résultat qui se produit par hasard. Mais l’étalon-or pour la physique des particules est beaucoup plus strict à un niveau de confiance de 3,5 mètres, ce qui signifie que davantage de données sont nécessaires avant l’annonce de la découverte. Il existe également une possibilité de longue date qu’un défaut expérimental inconnu puisse expliquer les résultats.

« Lorsque vous montrez ce résultat aux physiciens des particules, leur premier réflexe est: » Vous avez merdé « plutôt qu’une nouvelle force de la nature », a déclaré Patel. « Nous, physiciens, aimons être au-dessus de la certitude et sortir de l’autre côté. »

Au cours de l’année écoulée, les attentes ont augmenté grâce à des indices de physique plus intrigants au-delà du modèle standard observés dans d’autres expériences, y compris les plus récentes. Résultats inexpliqués du Fermilab aux États-Unis.

« Il semble y avoir un ensemble de filaments lâches maintenant », a déclaré le professeur John Butterworth de l’University College de Londres, qui travaille sur l’expérience Atlas du Large Hadron Collider. « Cela m’a fait commencer à penser qu’il pourrait y avoir quelque chose à portée de main de cette course ou de la prochaine manche. »

Si le LHC ne parvient pas à détecter une nouvelle science au-delà du modèle standard, a déclaré Butterworth, cela ne représenterait pas un échec, mais laisserait le domaine « un peu dans l’embarras » quant à la direction à prendre.

Le troisième tour devrait se dérouler jusqu’en 2026, après une mise à niveau qui comprenait l’installation d’aimants puissants supplémentaires conçus pour comprimer les protons à l’intérieur du collisionneur en faisceaux plus fins et plus denses. Cela augmentera le taux de collisions de particules à l’intérieur de l’accélérateur, ce qui signifie que les scientifiques pourront surveiller les événements rares avec une plus grande précision.

« Le potentiel de découverte de nouvelles idées est encore très important », a déclaré Ashutosh Kotwal, physicien des particules expérimentales à l’Université Duke aux États-Unis et coprésident d’un groupe de recherche sur l’expérience Atlas du Large Hadron Collider. que les données que nous avons recueillies jusqu’à présent ne représentent qu’un dixième du total. Que nous prévoyons. Il est trop tôt pour perdre courage.