Aujourd’hui démarre la seconde période d’opération du Grand collisionneur de hadrons, le LHC, du CERN. En déclarant les faisceaux stables, les opérateurs et opératrices du LHC donnent le feu vert aux expériences d’allumer tous leurs détecteurs. Après plus de deux ans d’arrêt, le LHC reprend du service à plus haute énergie. Qu’espère-t-on accomplir?

La découverte du boson de Higgs en juillet 2012 est venue compléter le Modèle standard de la physique des particules. Ce modèle théorique décrit désormais toute la matière que l’on voit autour de nous, tant sur Terre que dans toutes les étoiles et les galaxies. Mais c’est justement là le problème: ce modèle ne décrit que ce qui est visible dans l’Univers, soit 5% de son contenu en matière et énergie. Le reste consiste en matière sombre (27%) et en énergie sombre (68%), deux substances de nature complètement inconnue. La nécessité d’une théorie plus complète ne fait donc aucun doute. Mais de quoi s’agit-il et comment y parvenir?

En opérant le LHC à 13 TeV, on dispose désormais de beaucoup plus d’énergie que durant la période de 2010 à 2012, alors que les collisions de protons se produisaient à 8 TeV, pour essayer de produire de nouvelles particules. Puisque l’énergie et la masse sont deux formes d’une même essence, disposer de plus d’énergie signifie qu’on peut désormais produire des particules beaucoup plus lourdes. C’est un peu comme si notre budget venait de passer de 8000 euros à 13000 euros. On pourra se «procurer» de plus grosses particules si celles-ci existent dans la Nature.

Le Modèle standard nous dit que toute matière peut être construite à partir de douze particules de base, un peu comme un jeu de construction possédant douze pièces différentes et quelques «connecteurs» pour les faire tenir ensemble. Ces derniers sont les bosons associés aux forces fondamentales. Mais comme aucune de ces pièces ne correspond à la matière sombre, il reste forcément des pièces à découvrir.

Quelle théorie nous permettra de combler les lacunes du modèle théorique actuel? La supersymétrie est une des nombreuses hypothèses théoriques couramment à l’étude. Cette théorie unifierait par exemple les grains de matière et les particules associées aux forces fondamentales. Elle implique l’existence de nombreuses nouvelles particules mais aucune n’a encore été décelée.

Est-ce que le LHC à 13 TeV nous permettra de produire de ces particules supersymétriques? Ou est-ce que l’entrée du passage secret vers cette «nouvelle physique» sera plutôt révélée par l’étude minutieuse d’innombrables quantités, comme par exemple les propriétés du boson de Higgs? Découvrira-t-on qu’il établit un lien entre matière ordinaire (tout ce qui est décrit par le Modèle standard) et matière sombre?

Voilà quelques unes des questions que le LHC pourrait élucider dans les années à venir. Seule une découverte expérimentale nous permettra d'y voir plus clair. Nous serions alors à la veille d’une grande révolution scientifique.

Ne manquez pas la couverture en direct du CERN de cet évènement.

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