Les expériences LHC affinent leurs mesures de précision

Image d'artiste du champs de Higgs (Image: CERN)

 

Genève et Venise. La communauté mondiale de la physique des particules se réunit cette semaine à Venise (Italie) pour la Conférence internationale sur la physique des hautes énergies de la Société européenne de physique. Des dizaines de nouveaux résultats, issus de l’ensemble des données actuellement disponibles des expériences du Grand collisionneur de hadrons, y sont présentés pour la première fois.

Ces deux dernières années, le LHC a fonctionné avec la régularité d’une montre suisse et a fourni un grand volume de données aux expériences, dépassant toutes les attentes. Avec une plus grande luminosité (c’est-à-dire un plus grand nombre de collisions) et davantage de données, les physiciens peuvent maintenant explorer les interactions les plus fondamentales entre les particules avec une sensibilité et une précision sans précédent.

Parmi les nouveaux résultats présentés à cette conférence, on peut citer des études détaillées du boson de Higgs : cinq ans après l’annonce de sa découverte, les physiciens étudient maintenant à la loupe cette particule si particulière, et acquièrent ainsi une meilleure connaissance de la manière dont elle interagit avec les autres particules.

 « Le niveau de précision atteint par les expériences est impressionnant, alors même que seul un petit pourcentage de l’ensemble des données prévues au LHC sont actuellement disponibles, explique Fabiola Gianotti, directrice générale du CERN1. Il est particulièrement pertinent d’étudier la manière dont le Higgs interagit avec les autres particules, car la physique au-delà du Modèle standard pourrait modifier ces interactions. »

Le Modèle standard prédit très précisément la manière dont le boson de Higgs interagit avec les différents types de particules. Sa première observation s’appuyait sur des mesures de sa désintégration en d’autres bosons (W, Z, γ). Les collaborations ATLAS et CMS observent à présent comment le boson de Higgs se désintègre directement en fermions, la famille des particules fondamentales qui constituent la matière, par exemple en quarks ou en leptons.

La collaboration ATLAS rapporte le premier indice de la désintégration du boson de Higgs en une paire de quarks b, avec une signification statistique de 3,6 sigmas. Même si, d’après les prédictions du Modèle standard, cette désintégration devrait avoir lieu dans plus de la moitié des désintégrations du boson de Higgs, elle est très difficile à distinguer des processus similaires appartenant au bruit de fond.

« Cet indice de la désintégration du boson de Higgs en quarks b représente une étape importante dans l’étude des propriétés du boson de Higgs, explique Karl Jakobs, porte-parole de l’expérience ATLAS. Il s’agit d’un élément important pour comprendre sa courte durée de vie et pour chercher des indices indirects d’autres désintégrations plus rares. »

Après l’observation récente de la désintégration du boson de Higgs en deux leptons tau, la collaboration CMS présente la première observation de cette désintégration par une seule expérience, avec une signification statistique de 5,9 sigmas.

« Cette observation est d’une importance capitale pour déterminer les couplages du boson de Higgs avec des leptons, et elle représente un pas important vers la mesure de ses couplages avec des fermions de la troisième génération, les copies très lourdes des électrons et des quarks, dont le rôle dans la nature est un grand mystère », indique Joel Butler, porte-parole de la collaboration CMS.

Grâce au grand volume de données disponible, les expériences LHC peuvent également tester d’autres propriétés du Modèle standard avec une plus grande précision. CMS présente ainsi la meilleure mesure, auprès du LHC, de l’angle de mélange électrofaible, un paramètre-clé du Modèle standard qui détermine une relation solidement prédite entre les masses des bosons W et Z. La collaboration ATLAS présente aussi le premier indice d’un processus important mais rare faisant intervenir l’interaction faible, et dans lequel sont produits un quark t unique et un boson Z.

Les expériences LHC sont aussi très actives dans la recherche de physique au-delà du Modèle standard ; un grand nombre de nouveaux résultats relatifs aux recherches sur la matière noire sont aussi présentés à Venise.

« Jusqu’ici, nous avons testé les modèles théoriques les plus simples pour la matière noire, explique Eckhard Elsen, directeur de la recherche et de l’informatique du CERN. Nous devons à présent explorer les scénarios plus compliqués, en profitant au maximum de la précision qui est désormais possible. »

Un haut niveau de précision est également au menu en ce qui concerne l’interaction forte, comme le montre l’observation d’une nouvelle particule contenant deux quarks c et un quark léger , l’amélioration de la précision des mesures de l’asymétrie matière-antimatière réalisées par LHCb, et une longue série de résultats obtenus par toutes les expériences à partir des collisions d’ions lourds. La collaboration ALICE a notamment présenté l’une des mesures les plus précises de la durée de vie de l’hypertriton, noyau exotique contenant un quark s, qui est produit en abondance dans les collisions du LHC.


1Le CERN, Organisation européenne pour la Recherche nucléaire, est l'un des plus éminents laboratoires de recherche en physique des particules du monde. Située de part et d’autre de la frontière franco-suisse, l’Organisation a son siège à Genève. Ses États membres sont les suivants : Allemagne, Autriche, Belgique, Bulgarie, Danemark, Espagne, Finlande, France, Grèce, Hongrie, Israël, Italie, Norvège, Pays-Bas, Pologne, Portugal, République tchèque, Roumanie, Royaume-Uni, Slovaquie, Suède et Suisse. Chypre, la Serbie et la Slovénie sont États membres associés en phase préalable à l’adhésion. L’Inde le Pakistan, la Turquie et l’Ukraine sont États membres associés. Les États-Unis d’Amérique, la Fédération de Russie, le Japon, le JINR, l’UNESCO et l’Union européenne ont actuellement le statut d’observateur.




       

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