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Frénésie du côté de la théorie

Pauline Gagnon, le 4 février 2016, 12h32

Depuis le 15 décembre, j'ai compté 200 nouveaux articles théoriques, chacun offrant une ou plusieurs explications possibles sur la nature d'une nouvelle particule qui n’a pas encore été découverte. Cette frénésie a commencé lorsque les expériences CMS et ATLAS ont toutes deux rapporté avoir trouvé quelques événements qui pourraient révéler la présence d'une nouvelle particule se désintégrant en deux photons. Sa masse serait autour de 750 GeV, soit cinq fois la celle du Higgs boson.

Le train de midi, Jean-Paul Lemieux, Galerie nationale du Canada
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Le train de midi, Jean-Paul Lemieux, Galerie nationale du Canada Un résumé partiel du nombre d’articles publiés jusqu'à maintenant et le type de solutions proposées pour expliquer la nature de la nouvelle particule, si nouvelle particule il y a. Pratiquement tous les modèles théoriques connus peuvent être adaptés pour accommoder une nouvelle particule compatible avec les quelques événements observés. Ce tableau est juste indicatif et en aucun cas, strictement exact puisque plusieurs articles étaient plutôt difficiles à classer.

Personne ne sait si un tel engouement est justifié mais cela illustre combien les physiciens et physiciennes espèrent une découverte majeure dans les années à venir. Est-ce que cela se passera comme pour le boson de Higgs, qui fut officiellement découvert en juillet 2012, bien que quelques signes avant-coureurs apparurent un an auparavant ? Il est encore bien trop tôt pour le dire. Et comme je l'avais écrit en juillet 2011, c’est comme si nous essayions de deviner si le train s’en vient en scrutant l’horizon par une morne journée d'hiver. Seule un peu de patience nous dira si la forme indistincte à peine visible au loin est bien le train longuement attendu ou juste une illusion. Il faudra plus de données pour pouvoir trancher, mais en attendant, tout le monde garde les yeux rivés sur cet endroit.

En raison des difficultés inhérentes à la reprise du LHC à plus haute énergie, la quantité de données récoltées à 13 TeV en 2015 par ATLAS et CMS a été très limitée. De tels petits échantillons de données sont toujours sujets à de larges fluctuations statistiques et l’effet observé pourrait bien s’évaporer avec plus de données. C’est pourquoi les deux expériences se sont montrées si réservées lors de la présentation de ces résultats, déclarant clairement qu’il était bien trop tôt pour sauter au plafond.

Mais les théoriciens et théoriciennes, qui cherchent en vain depuis des décennies un signe quelconque de phénomènes nouveaux, ont sauté sur l’occasion. En un seul mois, y compris la période des fêtes de fin d'année", 170 articles théoriques avaient déjà été publiés pour suggérer autant d'interprétations différentes possibles pour cette nouvelle particule, même si on ne l’a pas encore découverte.

Aucune nouvelle donnée ne viendra avant quelques mois en raison du de la maintenance annuelle. Le Grand Collisionneur de Hadrons repartira le 21 mars et devrait livrer les premières collisions aux expériences le 18 avril. On espère un échantillon de données de 30 fb-1 en 2016, alors qu’en 2015 seuls 4 fb-1 furent produits. Lorsque ces nouvelles données seront disponibles cet été, nous saurons alors si cette nouvelle particule existe ou pas.

Une telle possibilité serait une véritable révolution. Le modèle théorique actuel de la physique des particules, le Modèle Standard, n’en prévoit aucune. Toutes les particules prédites par le modèle ont déjà été trouvées. Mais puisque ce modèle laisse encore plusieurs questions sans réponses, les théoriciennes et théoriciens sont convaincus qu'il doit exister une théorie plus vaste pour expliquer les quelques anomalies observées. La découverte d’une nouvelle particule ou la mesure d’une valeur différente de celle prévue par la théorie révèleraient enfin la nature de cette nouvelle physique allant au-delà du Modèle Standard.

Personne ne connaît encore quelle forme cette nouvelle physique prendra. Voilà pourquoi tant d'explications théoriques différentes pour cette nouvelle particule ont été proposées. J'ai compilé certaines d'entre elles dans le tableau ci-dessous. Plusieurs de ces articles décrivent simplement les propriétés requises par un nouveau boson pour reproduire les données observées. Les solutions proposées sont incroyablement diversifiées, les plus récurrents étant diverses versions de modèles de matière sombre ou supersymétriques, de Vallée Cachée, de Grande Théorie Unifiée, de bosons de Higgs supplémentaire ou composites, ou encore des dimensions cachées. Il y en a pour tous les goûts : des axizillas au dilatons, en passant pas les cousins de pions sombres, les technipions et la trinification.

La situation est donc tout ce qu’il y a de plus clair : tout est possible, y compris rien du tout. Mais n’oublions pas qu’à chaque fois qu’un accélérateur est monté en énergie, on a eu droit à de nouvelles découvertes. L’été pourrait donc être très chaud.

Pauline Gagnon

Pour en savoir plus sur la physique des particules et les enjeux du LHC, consultez mon livre : « Qu’est-ce que le boson de Higgs mange en hiver et autres détails essentiels».

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