Les photos des slides sont de la présentation
de l'auteur. Voir les crédits des autres photos si nécessaire
(Le conférencier a eu la gentillesse de nous
donner sa présentation complète (en pdf) elle est disponible sur le site de la
SAF et également disponible sur ma liaison ftp au
téléchargement et s'appelle. SAF-traque du boson de
Higgs.pdf elle est dans le dossier COSMOLOGIE SAF de la saison
2011-2012,).
Pour info les actualités cosmo présentées ce
jour là sont aussi disponibles sur le
site de la commission.
BREF COMPTE RENDU
La présentation de l’auteur étant disponible au
téléchargement, le compte rendu sera succinct, étant donné aussi le sujet
complexe.
L’année 2012 semblant capitale pour la
découverte (ou non !) du boson de Higgs, Gilles Cohen Tannoudji a eu la
gentillesse de nous préparer une présentation sur ce sujet.
Notre conférencier est bien connu de la SAF et
du public en général, il a fait toute sa carrière au CEA et aujourd'hui il est
professeur émérite au LARSIM au CEA-Saclay.
Il met à la disposition des internautes, un
site extraordinaire qu’il fait vivre régulièrement : http://www.gicotan.fr/
Avant de démarrer il faut posséder quelques
préliminaires, aussi je me permets de donner ces quelques informations
complémentaires de temps en temps..
PRÉAMBULE
Le modèle
standard :
L'évolution de la physique des particules s’est
produite surtout dans ce dernier siècle, on est passé de molécules à
quarks en une période de temps relativement courte.
On aboutit aujourd’hui à ce que l’on
appelle le modèle
standard (sous-entendu de la physique des particules).
La validation de ce modèle standard repose sur
la découverte du boson de Higgs, c’est le rôle principal du LHC.
Les particules « élémentaires »
du modèle standard, elles sont au nombre de 24 en 3 générations qui ne
diffèrent que par la masse (de + en + lourd)
Les 4 interactions fondamentales du
modèle standard. Un boson est un messager de ces forces.
Le modèle standard introduit la
notion de quarks, particules constituants la base de la matière, une sorte
de Lego servant à construire les autres particules.
Un principe est utilisé dans ce modèle
standard : la symétrie de jauge. Elle s’applique à la mécanique quantique
(MQ) et aux trois forces électromagnétique, forte et faible. Elle est liée aux
groupes de symétrie , les
groupes de jauge.
Ce sont des groupes qui laissent le Lagrangien inchangé.
(Lagrangien en gros, c’est l’énergie cinétique moins l’énergie
potentielle)
En physique nucléaire, il existe plusieurs
symétries de jauge :
·électromagnétique : nommée U(1)
·force faible : nommée SU(2)
·force forte : nommée SU(3)
On parle aussi de brisure
de symétrie de jauge. Comme le disait Aurélien Barrau, lors de sa dernière
conférence : Pensez à un crayon posé sur sa pointe ; il est
initialement parfaitement symétrique par rotation autour de son axe. Quant on
le lâche, il tombe et il choisit, aléatoirement, une et une seule direction
privilégiée ; il a donc brisé la symétrie qui le décrivait
initialement
C’est le mécanisme de Higgs qui serait
responsable de cette brisure de symétrie.
Ce mécanisme implique une particule, le boson de Higgs, dont on
cherche à prouver l’existence au LHC.
En théorie
quantique des champs (Quantum field theory) on introduit la notion de renormalisation.
C’est une façon de passer des paramètres à grande échelle de la théorie, à
ceux de petite échelle ; quand ceux-ci sont différents. Elle exprime la
variation des paramètres physiques avec l'échelle d'observation.
Le premier modèle standard (19ème
siècle) marque la première révolution scientifique (naissance de la science
moderne et épanouissement de la science classique) et le début de l’ère
industrielle.
Le modèle standard actuel fondé sur la
relativité et les quanta, marque la grande révolution scientifique, celle du
20ème siècle
La physique des particules actuelle (avec le
LHC), conduit à des signes avant-coureurs d’une
nouvelle révolution scientifique.
En remontant le fil du temps et des
énergies, trois physiciens de génie, les Américains Sheldon Glashow et Steven
Weinberg et le Pakistanais Abdus Salam – qui furent d'ailleurs récompensés par
le prix Nobel de physique en 1979 – ont réussi à unifier la force nucléaire
faible avec la force électromagnétique (portée par le photon) en une
seule et même interaction, baptisée « électrofaible ».
Pour réaliser cette union pourtant
improbable, les trois chercheurs ont dû imaginer l'existence
de particules porteuses de cette interaction, qu'ils appelèrent bosons
intermédiaires W+, W- et Z° (voir enquête
10). La théorie permit même de doter les bosons W+, W- et Z°
de masses – respectivement 80 et 91 milliards d'électronvolts.
Une interrogation de taille subsistait :
pourquoi, alors que force électromagnétique et interaction faible sont
supposées être les deux facettes d'une même force, la particule qui porte la
première n'a pas de masse alors que celles qui portent la seconde en ont une,
énorme qui plus est ?
Problème donc, dont la solution fait appel à
un mécanisme élaboré par Englert, Brout et
Higgs en 1964 : selon ce mécanisme, il y a eu, au moment de la séparation
des deux forces, une « brisure de symétrie » qui donne une masse aux bosons
W+, W- et Z°, mais pas au photon. Un tel phénomène nécessite l'existence d'une
nouvelle particule, le boson de Higgs, qui vient alors compléter le
tableau, afin de rendre la théorie électrofaible cohérente. Mais cette belle
construction restait à prouver, et l'expérience devait venir au secours des
théoriciens.
Ce fut partiellement chose faite en 1983,
lorsque Carlo Rubbia et Simon van der Meer mirent directement en évidence dans
l'anneau de l'accélérateur SPS (Super Proton Synchrotron) du Cern les bosons
W+, W- et Z°. Cela leur valut d'ailleurs le Nobel 1984.
Reste donc à identifier le fameux boson de
Higgs, dont la masse, selon les calculs théoriques, devrait être inférieure à
1 TeV.
Si tout va bien, la clef de voûte de
l'unification électrofaible pourra être mise en évidence à partir de 2007 au
grand collisionneur de hadrons (LHC, pour Large Hadron Collider) du Cern, dont
les faisceaux auront une énergie de deux fois 7 TeV. Et du même coup, ce qu'on
appelle le « modèle standard de la physique des particules », qui décrit
aujourd'hui les constituants de la matière et leurs interactions, s'en
trouverait fortement consolidé.
La théorie électrofaible est un grand succès,
bien que le mécanisme de Higgs n’ait pas encore été complètement
validé.
Attendons la fin de l’année.
Les étapes suivantes devraient essayer de coupler
l’interaction forte avec la force électrofaible, puis, cerise sur le gâteau
unir, si possible, la relativité générale d'Einstein, qui s'applique à
l'infiniment grand, avec la mécanique quantique des particules, qui régit
l'infiniment petit.
Pour la suite qui comporte beaucoup de formules
et notions difficiles à reproduire ici, je vous suggère de vous reporter à la
présentation complète disponible au téléchargement.
QUE POUVONS NOUS ATTENDRE CONCERNANT LA BOSON DE HIGGS AU
LHC.
Les premières données rendent nos amis du LHC
très optimistes; ils veulent être sûrs (indice de confiance à 5 sigma :
99,9999%) alors qu’actuellement ils sont approximativement à 3 sigma
(95%).
Comment augmenter cet indice de
confiance : en augmentant la luminosité du
faisceau (plus de collisions en gros) et l’énergie (ils
devraient passer de 7Tev à 8Tev).
Le CERN s’est engagé à publier les résultats
pour au plus tard la fin 2012 (le champagne est au frais j’en suis
sûr!)
Prochain défi après le boson de Higgs :
y-a-t-il ou non Grande Unification ?
Slide : les premières mesures diffusées
par le CERN fin 2011 avec la masse présumée du boson de Higgs (approx 125
Gev).
PROCHAINES RÉUNIONS DE LA COMMISSION DE
COSMOLOGIE :
·Samedi 23
Juin :Dimensions supplémentaires d'espace-temps et cosmologiepar Cédric Deffayet IAP et APC
Notez dès à présent les dates de la prochaine
saison : toujours à 15H au siège 3 rue Beethoven P16
·samedi 22
Septembre :La gravitation quantique et la cosmologie": Par Karim Noui,
Enseignant chercheur au Laboratoire de Mathématiques et de Physique Théorique
(LMPT), Université F. Rabelais (Tours)
·samedi 17
novembre : " Le projet Euclid" par Yannick Mellier, IAP,
Observatoire de Paris (LERMA)
