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Physique des Particules

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Modèle Standard

Accélérateurs de particules. Matière Noire et Energie Sombre. Electron. Neutrinos. Boson de Higgs. Antimatière. Forces Fondamentales. Le modèle de la physique des particules à l’aube d’une révolution ? De nouveaux travaux nous rapprochent de la cinquième force fondamentale de la physique, dont l'existence s'est précisée en mars dernier.

Le modèle de la physique des particules à l’aube d’une révolution ?

En Mars dernier, le LHC du CERN, un accélérateur à particules, a jeté un pavé dans la mare au sein de la communauté scientifique en annonçant la découverte probable d’une cinquième force fondamentale de la physique. Récemment, des physiciens de l’université de Cambridge ont fait de nouvelles découvertes qui semblent confirmer ces résultats initiaux. La physique est aujourd’hui formalisée dans ce qu’on appelle le modèle standard de la physique des particules. C’est lui qui décrit la façon dont fonctionne notre monde à la plus petite des échelles. De l’aveu d’Harry Cliff, physicien des particules à Cambridge et auteur principal de cette nouvelle étude, il s’agit de “la théorie scientifique la plus fructueuse jamais construite”… même si nous savons pertinemment qu’elle comporte des écueils.

Une pièce manquante du puzzle. Un nouvel état de la matière brise la symétrie d'inversion du temps. Solide, liquide, gaz, plasma : il y a bien longtemps que ces états traditionnels de la matière ont été dépassés.

Un nouvel état de la matière brise la symétrie d'inversion du temps

La liste des nouveaux venus est toujours plus longue et absconse : cristal liquide, supraconducteur, condensat de Bose-Enstein… Et un nouvel arrivant vient étoffer un peu plus ce cadavre exquis. Encore anonyme, cet état quantique de la matière regroupe des quadruplets d’électrons et viole la symétrie d’inversion du temps, remettant en cause la théorie explicative des matériaux supraconducteurs couramment adoptée. Un état au-delà de la supraconductivité : c’est en ces termes que l’on pourrait décrire la découverte d’une équipe internationale de chercheurs, publiée le 18 octobre dans la revue Nature Physics. En effet, au-delà de la transition de phase vers l’état supraconducteur, les auteurs ont démontré que le matériau se métamorphosait.

Près de vingt ans d’attente Puis, en 2012, il considère que ce phénomène est observable dans un matériau réel : la chasse est lancée. Une nouvelle expérience a brisé les règles connues de la physique. L'une des particules subatomiques les plus omniprésentes dans l'univers, le muon, semble mal se comporter.

Une nouvelle expérience a brisé les règles connues de la physique

Ou du moins, il ne se comporte pas comme les physiciens s'y attendent. En fait, les muons s'écartent tellement des lois de la physique que les scientifiques commencent à penser que la connaissance que nous en avons est incomplète ou qu'il existe dans l'univers une force que nous ne connaissons pas encore. Les muons sont comme de gros électrons : ils ont une charge négative mais sont 207 fois plus lourds que les électrons. Grâce à leur charge et à une propriété appelée "spin", ils agissent comme de minuscules aimants. Ainsi, lorsque les muons sont immergés dans un autre champ magnétique, ils subissent une oscillation infinitésimale. À lire aussi — Elon Musk dit avoir parlé avec le CERN de la construction de tunnels pour son plus grand accélérateur de particules de tous les temps. Un atome sans proton ni électron créé par le Cern. Cela fait des décennies que les physiciens créent et étudient ce que l'on appelle des atomes exotiques, c'est-à-dire des états liés de particules, dont l'une au moins n'est pas un électron ou un noyau d'atome.

Un atome sans proton ni électron créé par le Cern

Le plus connu des atomes exotiques est sans doute l'atome muonique. Il s'agit d'un atome ordinaire dans lequel un électron a été remplacé par son cousin plus lourd, le muon. De tels atomes ont été proposés à la fin des années 1940 et au début des années 1950 par Andrei Sakharov, F. C. Frank, Ya. En remplacement des électrons dans des atomes d'hydrogène et, surtout, de deutérium et de tritium, les muons permettent, théoriquement, de faciliter les réactions de fusion. Les autres atomes exotiques connus font partie d'une classe appelée « onium ».

LHC : comment fonctionne le plus grand accélérateur de particules ? Consternation au Cern : la particule X n'existe pas ! - Science-et-vie.com.