Avec des énergies de collision atteignant 13 TeV, le Large Hadron Collider (LHC) offre aux physiciens du CERN une opportunité unique de détecter de nouvelles particules. Ces découvertes pourraient enfin éclairer la nature de la matière noire.
Après la découverte historique du boson de Higgs en 2012, le LHC, l'accélérateur de particules le plus puissant au monde, installé dans un tunnel circulaire de 27 km sous Genève, a été mis en pause pour d'importantes améliorations. Parmi celles-ci, le renforcement des câbles supraconducteurs alimentant les aimants, refroidis à 1,9 degré au-dessus du zéro absolu. Désormais, un courant de 11 000 ampères peut y circuler.
La modernisation de l'accélérateur et des détecteurs géants ATLAS et CMS n'a pas été une mince affaire. Si le Higgs a été observé à 8 TeV, la "fenêtre d'énergie" s'élargit désormais jusqu'à 13 TeV. À titre de comparaison, 1 TeV équivaut à l'énergie d'un moustique en vol, mais concentrée dans un espace un million de fois plus petit.
Ces collisions proton-proton reproduisent les conditions extrêmes survenues fractions de seconde après le Big Bang, où toute l'énergie était confinée dans un volume minuscule. Augmenter l'énergie permet de "remonter" dans le temps, approchant le Big Bang à 10-14 seconde près. Les physiciens espèrent ainsi percer les mystères des interactions fondamentales, comme la gravitation quantique, un rêve popularisé par le film The Theory of Everything sur Stephen Hawking.
Si les théoriciens conçoivent les grandes théories, les milliers d'expérimentateurs du CERN avancent par étapes. Une énergie accrue permet de produire des particules exotiques auparavant inaccessibles, comme le gluino, partenaire supersymétrique hypothétique du gluon, qui lie les quarks dans les protons et neutrons.
La supersymétrie (SUSY) est la principale candidate pour étendre le Modèle standard, complété par le Higgs. Elle postule un superpartenaire pour chaque particule élémentaire, différant par le spin : fermions (électrons, quarks) appariés à des bosons (photons, gluons). Le gluino est ainsi le Susy du gluon.
Les gluinos ne seront pas détectés directement, mais via leur chaîne de désintégration en particules plus légères, aboutissant au neutralino, le Susy le plus léger et stable.
Le neutralino est un candidat sérieux pour la matière noire, cette composante invisible qui maintient les galaxies cohérentes, sans émettre de rayonnement connu. Elle domine la masse de l'Univers, bien au-delà de la matière ordinaire.
La découverte du gluino et du neutralino au LHC fournirait les premières preuves directes sur la matière noire, potentiellement composée de plusieurs particules.
Selon Beate Heinemann, physicienne sur ATLAS, ces particules pourraient être détectées avant fin d'été, "si tout se passe parfaitement".
Pour elle, cette chasse dépasse l'excitation de la découverte du Higgs : "Nous entrons dans un nouveau monde", déclarait-elle en février à la réunion AAAS.
"Il y a cent ans, nous découvrions l'antimatière. Il est temps de trouver la matière supersymétrique", conclut Heinemann.
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