L'univers, notre maison
l'immensité vers laquelle on tourne notre regard
L'endroit où les physiciens cherchent les réponses
sur l'origine de tous ce que nous connaissons.
Mais en fait, comment émergent les questions scientifiques à propos de notre univers?
Et comment les physiciens cherchent-ils les réponses?
Notre fascinante aventure intellectuelle se déroulant actuellement
peut nous apporter un exemple.
Commençons notre histoire en Suisse.
Comment fonctionne la physique des particules
Espoirs et inquiétudes sur les anomalies du méson B
Près de Genève, il y a le CERN.
Le laboratoire international accueillant
le plus grand accélérateur de particules jamais construit
le LHC
Dans le LHC, des rayons de protons
se déplaçant à la vitesse de la lumière dans des directions opposées
se rencontrent à des endroits spécifiques.
Ainsi, de nouvelles particules sont créées
et se désintègrent, produisant des traces qui sont enregistrées
par d'immenses détecteurs.
Ces traces apportent des informations très utiles sur
les composants de base de notre univers
et les forces par lesquelles ils interagissent.
Les expériences au CERN impliquent des physiciens des particules
du monde entier
Parmi eux, des physiciens théoriciens et expérimentalistes
travaillants à l'Université de Zürich
Le progrès en physique dépend d'une interaction constante
entre les théoriciens et les expérimentalistes.
Presque comme un match de ping-pong perpétuel.
Les théoriciens formulent des idées et les convertissent en modèles
pour décrire la nature
Ceux-ci sont confrontés aux données réelles par les expérimentalistes,
parfois validant ces modèles,
parfois faisant apparaître des résultats complètement inattendus
qui ensuite mènent les expérimentalistes
à renvoyer la balle dans le camp des théoriciens
qui doivent améliorer ou reformuler leurs modèles
et l'ensemble du processus recommence.
C'est exactement ce qui est en train de se passer.
Depuis 2014, un des 4 immenses détecteurs
connu sous le nom de LHCB
a commencé à collecter des données qui ont l'air assez surprenantes
Pour comprendre exactement ce qui est arrivé,
on doit jeter un coup d'oeil à l'intérieur du détecteur.
Après la collision, les protons s'annihilent, produisant
différents types de particules.
Parmi elles, les mésons B
contenant les particules élémentaires appelées quarks b
Le quark b est l'acteur principal dans notre histoire
Il se désintègre presque instantanément
se transformant en d'autres particules.
Par exemple, en quark s
et une paire de particules appelés leptons.
Ces paires de leptons peuvent être de trois types différents.
Un type est constitué d'un électron et d'un anti-électron.
Un autre est constitué d'un muon et d'un anti-muon.
Et un autre par un tau et un anti-tau.
LHCb peut détecter efficacement
les électrons et les anti-électrons, les muons et les anti-muons.
Les physiciens s'attendaient à ce que les deux paires apparaissent
avec la même fréquence.
En revanche, une d'elle, la paire de muons
semble être plus rare que la paire d'électrons.
Ceci est la première anomalie.
Mais les mesons B peuvent aussi se désintégrer d'une autre manière
produisant des quarks c
et de nouveau, 3 types différents de paires de leptons
parmi lesquelles LHCb peut bien détecter celles contenant des muons et des neutrinos,
ainsi que celles contenant des taus et des neutrinos.
Dans ce cas, la paire de taus et de neutrinos
semble être plus fréquente que prévu
d'après les théories actuelles.
Ceci est la deuxième anomalie.
On n'a encore trop peu de données pour comprendre si ces anomalies sont vraies ou non
mais si elles étaient confirmées, en fait elles seraient
la plus grande découverte en physique des particules dans la dernière décennie.
Donc c'est vrai que LHC a déjà amené
beaucoup d'enthousiasme et une grande découverte avec le boson de Higgs.
Mais on pourchassait le boson de Higgs depuis des dizaines d'années.
Il a été prédit il y a cinquante ans.
Alors que ce que LHCb est peut être en train d'observer maintenant
est quelque chose de complètement nouveau, de complètement inattendu.
Ça pourrait ouvrir de nouveaux horizons,
ça pourrait complètement changer notre compréhension de base de l'univers.
À ce stade, les physiciens doivent contrebalancer espoirs et réalité,
enthousiasme et prudence.
Ça ne serait pas la première fois qu'un potentiel résultat important
disparait lors de l'acquisition de plus de données.
Ces expériences sont basées sur
des probabilités, et non sur des évènements uniques.
Un évènement unique pourrait être comme,
ce qu'on appelle, un faux-positif.
Cependant, un phénomène doit apparaître
de nombreuses fois, avant qu'on ne commence à le considérer réel.
De manière à pouvoir appeler quelque chose une observation ou une découverte,
le phénomène doit apparaître tellement de fois
que la probabilité qu'il soit un faux-positif
doit être plus petite que
1 chance sur 3.5 millions.
Pour l'instant, LHCb
est encore loin d'avoir suffisamment de données pour annoncer une découverte.
Ce qui a été observé
pourrait complètement disparaître en quelques mois.
Malgré tout, théoriciens et expérimentalistes
ne peuvent s'empêcher de discuter
et de spéculer.
Pour être vraiment honnête, je ne serais pas complètement surpris
si certaines d'entre elles disparaissent.
Ça dépend du modèle. Il y a certains modèles où je pense que l'on peut avoir
jusqu'à 10-15% dans RD, RD*.
Oui mais quand même, je pense que la taille des anomalies
dans le secteur du charm, dans RD*,
ça devrait descendre un petit peu
pour rendre le modèle plus naturel. C'est un peu haut.
Si ces anomalies sont vraies,
les théoriciens seront forcés de l'inclure dans un nouveau modèle
décrivant l'univers.
Et cela nous amènerait à changer la façon dont nous pensons
que la nature fonctionne,
et en particulier, les forces via lesquelles les particules interagissent.
D'après la théorie actuelle,
il y a 4 forces élémentaires dans la nature.
La force électromagnétique, responsable par exemple de l'électricité.
La force forte, responsable de garder les quarks ensemble dans les noyaux atomiques.
La force faible, responsable de la radioactivité.
Et la force de gravité.
La raison pour laquelle nous sommes très intéressés par ces anomalies est
qu'elles semblent signaler la présence d'une nouvelle force microscopique de la nature.
Et cette force doit être très spéciale,
parce qu'elle devrait agir de manière différente
sur les particules telles que muons et électrons, alors que
ceux-ci se comportent exactement de la même façon
selon les autres forces connues : la force forte, faible et électromagnétique.
Et si ce phénomène était confirmé
ce serait une découverte majeure.
Cela signifierait que l'on doit repenser notre compréhension des lois macroscopiques de la nature.
Et mon grand espoir est que cette nouvelle force là
pourrait nous aider à comprendre
pourquoi différentes particules ont différentes masses.
Notre connaissance en physique pourrait être à un tournant majeure
comme c'est déjà arrivé une poignée de fois depuis Galileo.
Mais à quel point est-ce possible ?
C'est possible que nous ayons vu les débuts d'une vraie découverte.
Mais à ce point, je ne parierais pas encore dessus.
Dans les prochaines années, nous allons récolter plus de données
et cela va être une période vraiment passionnante.
Comme c'est généralement le cas,
curiosité, attentes et même excitation
demandent un dur travail pour aboutir à un résultat attendu avec beaucoup d'impatience.
Pour confirmer ou réfuter ces anomalies,
on doit analyser plus de données.
La bonne nouvelle c'est que nous avons ces données.
Nous les avons collectées pour nos expériences sur les deux trois dernières années.
Donc la difficulté maintenant est dans l'analyse.
C'est une longue procédure dans laquelle il ne peut pas y avoir de raccourci.
On doit être aussi rigoureux et minutieux que possible.
Regardons maintenant vers le futur.
En étant optimiste, si les anomalies sont confirmées,
qu'est-ce qu'on attend ensuite ? Qu'est-ce qu'on devrait faire ?
Eh bien la réponse encore est plus de données.
On devra collecter et analyser encore plus de données.
Et ensuite le but du jeu sera de chercher des effets similaires dans d'autres processus de désintégration
impliquant des particules différentes,
pour essayer de construire un pattern cohérent
que l'on peut ensuite faire correspondre aux prédictions de nos amis les théoriciens.
Et seulement à ce moment-là aurons nous une meilleure compréhension de ce qui est en train de se passer.
La bonne nouvelle est que LHCb
ne sera bientôt plus seul dans sa quête.
Les anomalies du LHCb ont suscité beaucoup d'intérêt.
Et effectivement, il y a beaucoup d'expériences,
au CERN et ailleurs
qui commencent à les investiguer.
Cela va demander plusieurs années
mais c'est une recherche très intéressante
et j'ai hâte de voir de nouveaux résultats.
Le temps nous dira comment cette aventure intellectuelle va finir.
Mais une chose est certaine,
quel que soit le résultat provenant des expériences
cela donnera naissance à de nouvelles questions.
Et une génération de chercheurs continuera de chercher des réponses
élargissant notre connaissance
sur comment fonctionne l'univers.
Ce qui rend ce moment aussi palpitant
est que ces anomalies nous poussent à avancer
dans un certain nombre de différentes directions.
On ne sait pas encore où cela va nous amené.
Cependant, ça nous pousse à surmonter beaucoup d'autres challenges
concernant la compréhension générale des techniques et appareillages utilisés.
La chose incroyable pour moi c'est que
il y a beaucoup de domaines en physique des particules
et il y a beaucoup beaucoup d'analyses au LHCb
et il se trouve que c'est ma recherche qui montre quelque chose de nouveau.
Je suis très chanceux en effet
et j'ai du mal à croire que je suis aussi chanceux.
J'ai passé la majeure partie de mon doctorat
à travailler sur les anomalies vues par l'expérience LHCb
et je peux dire que ça a été
une expérience passionnante mais aussi très challenging.
Il y a tellement de travail en ce moment dans ce domaine
et ce qu'on a déjà accompli a amené
à une meilleure compréhension de notre détecteur
et aussi au développement de stratégies innovatrices pour l'analyse de données
qui littéralement offrent de nouvelles possibilités
et ouvrent la voie
pour la prochaine génération de mesures dans ce domaine.
Dans une carrière de recherche, il y a seulement quelques moments
où l'on peut vraiment faire part de quelque chose qui pourrait complètement révolutionner le champ.
Et c'est ça.
Et cet effort pour comprendre si ces anomalies sont en fait vraies ou fausses,
c'est juste fascinant.
Cette année nous avons travaillé sur la construction d'un modèle capable d'expliquer les anomalies du méson B.
Parfois construire un modèle s'assimile un peu à être sur une montagne russe.
À un moment, rien ne semble fonctionner,
mais après on trouve une bonne idée
et de nouvelles possibilités s'ouvrent.
C'est challenging mais c'est aussi super intéressant.
Ces anomalies sont divertissantes.
Elles me donnent l'impression d'explorer une territoire inconnu
et je suis chanceux de pouvoir faire partie de cette aventure.
Ces anomalies nous forcent à penser plus loin,
à aller au-delà des principes basiques que l'on avait considéré comme acquis.
J'ai hâte de savoir comment cette histoire va se développer.
Mais je suis sûr que quelque soit le résultat, nous serons plus sage au bout de ce périple.
En tant que doctorante travaillant sur l'analyse
des désintégrations du méson B,
je dois dire que je suis très contente de faire partie de cet effort collectif
pour trouver la cause des anomalies déroutantes,
et de faire partie de cette histoire passionnante.
J'ai vraiment hâte de voir le prochain chapitre.
Coupé !
