Le lancement du Grand collisionneur de hadrons (LHC) le 10 septembre 2008 inaugure une nouvelle ère en physique des particules. Les chercheurs explorent les énergies inexplorées des téraélectronvolts (TeV) pour répondre à des questions fondamentales. Le célèbre Modèle standard est mis à l'épreuve décisive. Martinus Veltman, lauréat néerlandais du Nobel de physique, est l'un des brillants esprits à l'origine de cette théorie la plus aboutie en physique des particules.
Cet article est paru dans Eos science fin 2008.
Le 10 septembre 2008 était le grand jour du LHC. Près d'un milliard de téléspectateurs ont assisté aux scènes d'euphorie des physiciens au CERN, près de Genève. La physique des particules, mère de toutes les sciences, n'a jamais été aussi médiatisée. Le LHC est l'accélérateur le plus puissant au monde et l'expérience scientifique la plus coûteuse jamais réalisée. Le démarrage officiel s'est bien passé, mais l'appréhension des équipes était justifiée, non par des craintes irrationnelles comme les trous noirs, mais par le risque de pannes techniques. Moins de 36 heures après, un transformateur prend feu, stoppant la machine. Le 19 septembre, un circuit entre aimants supraconducteurs fond. Les réparations nécessitent un réchauffage puis un nouveau refroidissement à 1,9 K, reportant le redémarrage au printemps 2009.
Martinus Veltman : « Le LHC n'est pas une machine qu'on allume du jour au lendemain. Trois mois avant, ils ont commencé à refroidir les aimants supraconducteurs à -271 °C. Puis, un faisceau lent de protons a été injecté étape par étape dans l'anneau de 27 km. Un étalonnage minutieux. »
Avec son compatriote et ancien étudiant Gerard 't Hooft, Veltman a reçu le Nobel de physique 1999 pour la renormalisation de la théorie électrofaible. En termes simples : ils ont défini les critères pour qu'une théorie soit réaliste, fondant ainsi le Modèle standard, pilier de la physique subatomique. Le LHC permettra de le tester et de l'étendre.
« C'est dû aux bêtises sur les trous noirs et l'antimatière, amplifiées par certains physiciens pour divertir le grand public. Pourquoi mêler le Big Bang ? Cela a commencé dans les années 1980 au Fermilab, en liant physique des particules et astrophysique. Résultat : des affirmations comme 'le LHC recrée les conditions du Big Bang', ce qui est faux, et des peurs apocalyptiques. L'intérêt public est bienvenu, mais pas au prix de mythes. »
« Nous cherchons les particules élémentaires composant matière et énergie, leur nombre et propriétés. Cette quête a donné le Modèle standard. Le LHC prolonge la lignée des accélérateurs, du premier cyclotron des années 1930 (taille d'un CD) à cet anneau de 27 km, sur les mêmes principes. »
« Le LHC n'a pas été bâti uniquement pour Higgs. C'est un puissant collisionneur de protons à ~10 TeV, permettant de créer des particules plus lourdes. Avec le SPS précédent, nous avons détecté les bosons Z et W à des énergies 600 fois la masse du proton, en heurtant électrons et positrons. Au Tevatron, le quark top a été une surprise théoriquement prédite. Au LHC, même scénario à plus haute énergie : Higgs attendu, mais qui sait quoi d'autre ? L'essentiel est de distinguer particules élémentaires et composites. »
« Personne ne sait ce qui attend d’être découvert en plus de Higgs »
« Non, tant que des questions persistent : pourquoi trois générations de quarks et leptons ? Pourquoi leurs masses si variées, comme paramètres libres ? Le LHC pourrait même révéler une quatrième génération, compliquant les choses, comme le tau-lepton l'a fait dans les années 1970. »
« Si Higgs est détecté, le Nobel suivra vite. Mais sa confirmation exige de vérifier masse, spin, charge... Le LHC est puissant, mais 'trouble' car les protons produisent beaucoup de débris. Un collisionneur électrons-positrons (comme ILC ou CLIC) serait idéal pour une étude précise, avec des milliards de collisions par seconde filtrées. »
« Un défi majeur, mais pas de rejet total. Comme la gravitation de Newton reste utile malgré Einstein. Le Modèle s'affine avec les données accumulées. »
« Nous ne pouvons en aucun cas tester la théorie des cordes. Que devrions-nous en faire alors ? »
« Les observations sont indirectes, comme pour les électrons. Les quarks ne sont jamais libres, confinés par la force forte qui ne décroît pas avec la distance. Les preuves sont accablantes ; j'y ai cru malgré mes doutes initiaux. »
« La 'compréhension' mène à la philosophie. Quand dit-on avoir compris ? »
« Imaginez un électron : chacun le voit différemment. Ma vision quantique est un 'nuage' probabiliste, non une bille. Comprendre, c'est calculer propriétés et probabilités. »
« Oui, mais elle n'avance pas la science. Les équations et expériences solides progressent ; la philosophie reste stérile. »
« Sans preuves expérimentales, elle n'a pas de lien avec la réalité. Les théoriciens des cordes disent que le LHC ne la testera pas. C'est une bulle mathématique non testable ; j'ignore mon 'voisin invisible'. »
« L'astronomie manque d'expériences reproductibles. Les trous noirs sont inférés, avec incertitudes énormes. En physique des particules, deux détecteurs indépendants (ATLAS, CMS) valident les résultats. Supernovas ne se programment pas. »
« Définis par masse dans rayon de Schwarzschild (via Einstein), des candidats existent, mais erreurs factorielles de 1000 rendant même le Soleil suspect. Sans standards particules, pas prouvé. »
[]