Genève et Chicago, le 5 août 2016. Les physiciens des particules présentent lors de la conférence ICHEP 2016, à Chicago, une moisson de tout nouveaux résultats des expériences du Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN. Avec l’avalanche de nouvelles données récoltées, les collaborations des expériences peuvent à présent véritablement concentrer leurs efforts sur la nouvelle frontière d’énergie, 13 TeV, après les premiers aperçus l’année passée de la physique à cette énergie inédite. Les collaborations LHC présentent plus de 100 nouveaux résultats, parmi lesquels de nombreuses analyses s’appuyant sur les données les plus récentes, enregistrées en 2016.

Genève et Chicago, le 5 août 2016. Les physiciens des particules présentent lors de la conférence ICHEP 2016¹, à Chicago, une moisson de tout nouveaux résultats des expériences du Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN². Avec l’avalanche de nouvelles données récoltées, les collaborations des expériences peuvent à présent véritablement concentrer leurs efforts sur la nouvelle frontière d’énergie, 13 TeV, après les premiers aperçus l’année passée de la physique à cette énergie inédite. Les collaborations LHC présentent plus de 100 nouveaux résultats, parmi lesquels de nombreuses analyses s’appuyant sur les données les plus récentes, enregistrées en 2016.

Grâce à la formidable performance du LHC, les expériences ont déjà enregistré environ cinq fois plus de données en 2016 qu’en 2015, après seulement quelques mois d’exploitation. Le LHC a dépassé en juin sa luminosité nominale – un paramètre mesurant le nombre de collisions par seconde. La luminosité de crête atteint environ un milliard de collisions par seconde, ce qui signifie que même les processus les plus rares à l’énergie la plus élevée effectivement atteinte pourraient se produire. La performance du LHC dépasse par conséquent les attentes, et l’objectif de fournir aux expériences 25 femtobarns inverses³ de données issues des collisions proton-proton sur l’ensemble de l’année 2016 est déjà en vue. La Grille de calcul mondiale pour le LHC a de son côté largement battu ses précédents records, avec plus de 25 Po de données enregistrées et traitées depuis le début de l’année.

« Le LHC est véritablement entré dans un nouveau régime en atteignant sa luminosité nominale, à présent dépassée de 20 %, explique Frédérick Bordry, directeur des accélérateurs et de la technologie du CERN. C’est une grande réussite, et nous sommes convaincus que nous dépasserons nos objectifs pour la totalité de la deuxième exploitation du LHC ».

Les physiciens ont travaillé d’arrache-pied, ces derniers mois, pour analyser l’immense volume de données enregistrées par les expériences LHC. Un plus grand ensemble de données ayant à présent été analysé, des mesures plus précises des processus du Modèle standard et des recherches plus sensibles de la production directe de nouvelles particules aux énergies les plus élevées sont désormais possibles. Par exemple, le boson de Higgs, d’une masse de 125 GeV, découvert en 2012, a maintenant été observé également à la nouvelle énergie (13 TeV), avec une signification statistique plus élevée. En outre, les expériences ATLAS et CMS ont toutes deux réalisé de nouvelles mesures précises de processus du Modèle standard, en particulier en ce qui concerne la recherche d’interactions anomales de particules dans le spectre des masses élevées, un test très sensible mais indirect de la physique au-delà du Modèle standard.

« C’est l’un des moments les plus passionnants de la période récente pour les physiciens, car nous nous aventurons vraiment en territoire inconnu : la physique des particules à une énergie encore jamais explorée auparavant », souligne Eckhard Elsen, directeur de la recherche et de l'informatique du CERN.

ATLAS et CMS ont également cherché des signes de la production directe de nouvelles particules prédites par la supersymétrie ou par d’autres théories exotiques de la physique au-delà du Modèle standard, mais aucun indice convaincant d’une nouvelle physique n’a encore été observé. En particulier, l’éventualité très intéressante d’une résonance à 750 GeV dans le canal de désintégration en deux photons, qui avait attiré beaucoup d’attention sur la base des données de 2015, ne s’est pas manifestée à nouveau dans les données de 2016, bien plus volumineuses, et semble donc être une fluctuation statistique.

LHCb présente également de nombreux résultats intéressants dans le domaine de la physique des saveurs. Parmi les plus marquants, on peut citer la découverte du mode de désintégration B⁰->K⁺K^-, le mode de désintégration du méson B en un état final hadronique le plus rare jamais observé, ainsi que des études d’une sensibilité sans précédent de la violation de CP, un phénomène très subtil expliquant la « préférence » de la nature pour la matière par rapport à l’antimatière. LHCb a également réalisé des mesures qui pourraient contribuer à faire apparaître certains phénomènes nouveaux, comme la première mesure de la polarisation du photon dans les désintégrations radiatives de mésons B_s, et la détermination des sections efficaces de production de plusieurs processus clés à une énergie de collision de 13 TeV, certaines d’entre elles s’écartant à première vue des prédictions actuelles.

Les quatre expériences présentent aussi des résultats issus des collisions d’ions lourds dans le LHC. Parmi elles, la collaboration ALICE présente de nouvelles mesures des propriétés du plasma quarks-gluons, un état de la matière qui a existé quelques millionièmes de seconde après le Big Bang. Les physiciens d’ALICE étudient la manière dont les forces nucléaires se trouvent modifiées dans cet état primordial de la matière. Ils ont également mesuré la viscosité du plasma à cette nouvelle énergie, et ont montré qu’il s’écoule presque comme un liquide parfait, comportement identique à celui observé à des énergies de collision plus faibles.

« Nous ne sommes qu’au début de l’aventure, a expliqué Fabiola Gianotti, directrice générale du CERN. La superbe performance de l’accélérateur LHC, des expériences et de l’informatique est d’extrêmement bon augure pour une exploration détaillée et complète de l’échelle d’énergie de plusieurs TeV, et pour des progrès considérables de notre compréhension de la physique fondamentale. »

 

Photos:
ALICE: https://cds.cern.ch/record/2108959
ATLAS: http://cds.cern.ch/record/2202818
CMS: https://cds.cern.ch/record/2203615?ln=en
LHCb: https://cds.cern.ch/record/2151262

Quelques photos des réunions des collaborations sont disponibles ici.

1. 38e Conférence internationale sur la physique des hautes énergies, du 3 au 10 août, à Chicago (États-Unis) : http://www.ichep2016.org/
2. Le CERN, Organisation européenne pour la Recherche nucléaire, est le plus éminent laboratoire de recherche en physique des particules du monde. Il 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 et la Serbie sont États membres associés en phase préalable à l’adhésion. Le Pakistan et la Turquie sont États membres associés. Les États-Unis d’Amérique, la Fédération de Russie, l’Inde, le Japon, le JINR, l’UNESCO et l’Union européenne ont le statut d'observateur.
3. Un femtobarn inverse correspond, au LHC, à environ 100 000 milliards (10^14) de collisions proton-proton.