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MATIERE Les physiciens attendent avec impatience de nouvelles découvertes importantes

Après trois ans d’arrêt pour maintenance et mises à niveau, le Grand collisionneur de hadrons (LHC) du Centre européen de recherche nucléaire (CERN) , le plus grand au monde et désormais plus puissant que jamais, va officiellement démarrer aujourd’hui la nouvelle période de données collecte des collisions de particules subatomiques (LHC Run 3) avec une énergie plus élevée que jamais (13,6 TEV ou téraélectronvolts).

L’essai limité de l’accélérateur a commencé en avril et il est maintenant temps pour la relance officielle complète. Le LHC fonctionnera sans interruption pendant environ quatre ans, période pendant laquelle les physiciens attendent avec impatience de nouvelles découvertes majeures, peut-être à une échelle similaire à la découverte du boson de Higgs il y a dix ans.

Deux faisceaux de protons – des particules dans le noyau de l’atome – se déplaceront presque à la vitesse de la lumière dans des directions opposées et entreront en collision à l’intérieur de l’accélérateur souterrain de 27 km de long à 100 m sous la frontière franco-suisse. Les collisions seront enregistrées et analysées par des milliers de scientifiques de nombreux pays (et de Grèce), qui composent les groupes d’expériences.

« Notre objectif est d’atteindre 1,6 milliard de collisions entre protons par seconde », a déclaré Mike Lamont, responsable des accélérateurs et de la technologie au CERN. Par rapport au premier run de l’accélérateur (Run 1), on estime qu’environ 20 fois plus de collisions seront réalisées cette fois.

Déjà, les quatre expériences majeures (ATLAS, CMS, LHCb et ALICE) utilisant le grand accélérateur ont mis à niveau leurs propres systèmes de détection, ce qui leur permettra désormais de collecter des échantillons de données beaucoup plus grands et de meilleure qualité à partir des collisions.

Entre autres, les scientifiques vont étudier plus avant la nature du boson de Higgs, l’origine de l’asymétrie matière-antimatière dans l’univers, les propriétés de la matière dans des conditions extrêmes de température et de pression, alors que certains rêvent de résoudre enfin le mystère du « noir ». question.

Les deux équipes scientifiques internationales indépendantes des expériences ATLAS et CMS ont publié le 4 juillet – à l’occasion du dixième anniversaire exact de la découverte du boson de Higgs (le 4 juillet 2012) – les études les plus complètes à ce jour sur le propriétés de la « particule de Dieu ».

Leurs deux publications dans la revue « Nature » montrent que ces propriétés sont remarquablement compatibles et cohérentes avec celles prédites pour le boson en question par le Standard Standard, la « bible » de la physique des particules. Des études montrent également que la particule devient de plus en plus un outil puissant pour rechercher de nouveaux phénomènes inconnus qui, s’ils sont finalement découverts, éclaireront des mystères tels que la nature de la matière noire.

Le boson de Higgs est la manifestation particulaire d’un champ quantique omniprésent connu sous le nom de champ de Higgs, qui est fondamental pour la description de l’univers connu. Sans lui, les particules élémentaires telles que les quarks (composants des protons et des neutrons des noyaux atomiques), ainsi que les électrons entourant le noyau, n’auraient pas de masse, de même que les particules lourdes (bosons W), qui sont porteuses du faible force nucléaire.

Une étude plus approfondie de la particule et du champ de Higgs deviendra possible grâce à la nouvelle « série » de collisions au CERN au cours des quatre prochaines années et, plus encore, après la nouvelle mise à niveau majeure attendue de l’accélérateur après 2029 (High-Luminosity LHC ou HL -LHC). Entre autres choses, les premières observations sur la façon dont le boson de Higgs interagit avec lui-même sont attendues. D’autres questions demandent également une réponse, comme celle de savoir si la particule de Higgs est effectivement élémentaire ou un composé d’autres, ainsi que si c’est la seule ou s’il existe d’autres particules similaires dans la nature.

De plus, les expériences plus petites du grand accélérateur (TOTEM, LHCf, MoEDAL-MAPP, FASER et SND@LHC ) vont explorer dans les années à venir divers phénomènes au sein du Standard Standard of Physics et au-delà, des monopôles magnétiques aux neutrinos et au rayonnement cosmique. des rayons. Dans un avenir lointain, les scientifiques élaborent des plans pour un futur collisionneur circulaire plus grand, un anneau de 100 km qui fonctionnera à des énergies de 100 TEV.

Le début officiel de la nouvelle saison du Run 3 du LHC sera diffusé dans l’après-midi en direct par le CERN via ses réseaux sociaux.