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Découvrir l’inconnu

Notre connaissance actuelle de la manière dont les particules fondamentales et leurs interactions ont façonné l’univers qui nous entoure est décrite dans le cadre d’un modèle théorique élégant connu sous le nom de Modèle Standard (MS). Certaines imperfections conduisent cependant les physiciens à penser que l’on découvrira de nouveaux phénomènes à très haute énergie. Le LHC est une « Machine à découvrir » et a été construit pour explorer un nouveau domaine d’énergie – l’échelle du TeV – et si possible mettre en évidence des aspects encore cachés des lois de la nature.

Comment est-il possible de construire des expériences aussi gigantesques que par exemple le détecteur ATLAS sur la base de mystères. La réponse est que les physiciens sont inventifs et ne manquent pas d’idées pour expliquer certaines des énigmes que nous réserve encore la nature. Ces idées sont alors utilisées pour construire de nouvelles théories plus puissantes et prédire les résultats de nouvelles expériences. Ces nouveaux phénomènes sont en général associés à de nouvelles particules massives. Ils peuvent également faire intervenir de nouvelles dimensions de l’espace. Leur modélisation à l’aide d’ordinateurs permet de simuler des collisions dans lesquelles ces nouvelles particules seront produites.

On peut avec les données simulées faire exactement les mêmes analyses qu’avec des données réelles. On peut par exemple visualiser des collisions simulées avec HYPATIA, et sélectionner des traces afin de reconstruire leur masse. Si ces données simulées contiennent une nouvelle particule neutre massive qui n’a pas encore été découverte, elle pourra par exemple apparaitre sous forme d’un excès dans le spectre en masse des paires de traces, mais à une masse bien plus élevée que celle du boson Z0. Cela signifie que les méthodes que vous venez de découvrir, l’identification des désintégrations du Z et la reconstruction de la masse invariante, sont également des outils pour découvrir l’inconnu !