Genève/Vienne, le 27 juillet 2015. La communauté mondiale de physique des particules s’est réunie à Vienne à l’occasion de la Conférence sur la physique des hautes énergies 2015 de la Société européenne de physique (EPS-HEP2015), où les derniers résultats de la discipline sont présentés et débattus. Parmi ceux-ci figurent les premiers résultats de la deuxième période d’exploitation du Grand collisionneur de hadrons (LHC) au CERN1, qui sont présentés pour la toute première fois, moins de deux mois après que les expériences ont recommencé à enregistrer des données, à l’énergie sans précédent de 13 TeV, après un arrêt de deux ans du LHC.
« Il est bien trop tôt pour espérer une découverte, et nous devrons être patients, a indiqué Rolf Heuer, directeur général du CERN. Les expériences LHC ont néanmoins déjà enregistré cent fois plus de données pour les conférences de l’été de cette année qu’elles ne l’avaient fait à la même période en 2010, après le démarrage du LHC à 7 TeV. Nous avons ce sentiment fantastique d’être des pionniers, car les physiciens se penchent sur des données entièrement nouvelles, à une énergie inexplorée. »
Les opérateurs du LHC, comme tous ceux qui travaillent sur une machine explorant une nouvelle frontière d’énergie, sont confrontés quotidiennement à de nombreux défis. Depuis le début de la deuxième exploitation, ils ont augmenté progressivement l’intensité des deux faisceaux du LHC, qui circulent dans des directions opposées autour de l’anneau de 27 kilomètres de circonférence, à une vitesse proche de celle de la lumière. Le LHC a déjà fonctionné à l’énergie record, avec des faisceaux contenant chacun jusqu’à 476 paquets de 100 milliards de protons, et avec des collisions toutes les 50 nanosecondes. Dans les jours à venir, l’intensité devrait encore augmenter, et le rythme passer à des intervalles de 25 nanosecondes. Après un arrêt technique prévu début septembre, les équipes seront en mesure d’augmenter également le nombre de paquets, en vue d’atteindre plus de 2 000 paquets par faisceau d’ici à la fin 2015.
« Pendant la phase de mise en service du matériel, nous avons appris à gérer prudemment l’immense énergie contenue dans les aimants. Maintenant, avec la mise en service avec faisceau, nous devons progressivement apprendre comment stocker et gérer l’énergie du faisceau, explique Frédérick Bordry, directeur des accélérateurs et de la technologie du CERN. Notre objectif pour 2015 est d’atteindre la performance nominale du LHC, soit 13 TeV, afin d’exploiter son potentiel de 2016 à 2018. »
Le LHC a déjà produit plus de dix mille milliards de collisions pour les grandes expériences depuis le début de la deuxième période d’exploitation. Celles-ci ont permis aux collaborations LHC de mesurer une série complète de paramètres sur la performance des détecteurs, démontrant que les expériences sont prêtes pour réaliser des mesures précises et faire des découvertes en physique. L’étape suivante consistait à confirmer le Modèle standard à 13 TeV ; après seulement quelques semaines de prise de données, les expériences ont à présent « redécouvert » toutes les particules fondamentales connues, sauf le boson dit de Higgs, pour lequel davantage de données sont encore nécessaires. Les collaborations sont donc prêtes à tester le Modèle standard à 13 TeV, et on espère trouver des indices d'une nouvelle physique au-delà de cette théorie bien établie.
Lors de la conférence EPS-HEP2015, les collaborations ATLAS et CMS ont présenté les premières mesures à 13 TeV de la production de particules chargées interagissant fortement (des hadrons). CMS a déjà soumis ce résultat pour publication – pour la première fois dans cette nouvelle région d’énergie. Ces mesures sont importantes pour comprendre le mécanisme fondamental de la production des hadrons.
Les expériences LHC ont également réalisé les premières mesures des sections efficaces à 13 TeV. Les sections efficaces sont des quantités liées à la probabilité d’interaction des particules, et leur mesure est essentielle pour identifier tout nouveau phénomène. Par exemple, ATLAS a mesuré la section efficace de la production de paires quark-antiquark t, qui est environ trois fois plus élevée à 13 TeV qu’à l’énergie de la première exploitation.
La conférence est également l’occasion pour toutes les expériences LHC de présenter un grand nombre de résultats nouveaux ou finaux de la première période d’exploitation du LHC. Ceux-ci concernent notamment la recherche de la matière noire, de particules supersymétriques et d'autres particules exotiques, ainsi que de nouvelles mesures de précision sur des processus du Modèle standard.
À ce propos, l’un des temps forts à Vienne a été la première présentation, dans une conférence internationale, de la récente découverte par l'expérience LHCb d'une nouvelle catégorie de particules, appelées pentaquarks (voir le communiqué de presse). LHCb a également publié aujourd’hui dans Nature Physics un résultat confirmant qu’une certaine désintégration faisant intervenir la force faible a lieu avec des quarks b de spin « gaucher ». Ce résultat est compatible avec les prédictions du Modèle standard, contrairement aux mesures précédentes qui suggéraient une contribution « droitière ».
Autre fait marquant de la première période d'exploitation : les expériences ALICE et LHCb ont de nouveaux résultats sur les corrélations à longue portée dans les collisions proton-plomb. Les dernières mesures montrent que les « crêtes » observées dans les collisions les plus violentes s’étendent sur des distances longitudinales encore plus grandes. En ce qui concerne les données de la deuxième exploitation, ATLAS a rapporté que la crête située sur le côté proche apparaît dans les collisions proton-proton à 13 TeV, avec des caractéristiques très semblables à celles observées par CMS pendant la première période d’exploitation.
Pour plus d’informations :
Suivez EPS HEPP sur les medias sociaux (en anglais): Twitter et Facebook
La conférence de presse du 27 juillet est disponible ici.
1. Le CERN, Organisation européenne pour la Recherche nucléaire, est le plus important laboratoire de recherche en physique des particules du monde. Il a son siège à Genève. Ses États membres actuels sont les suivants : Allemagne, Autriche, Belgique, Bulgarie, Danemark, Espagne, Finlande, France, Grèce, Hongrie, Israël, Italie, Norvège, Pays-Bas, Pologne, Portugal, République tchèque, Royaume-Uni, Slovaquie, Suède et Suisse. La Roumanie a le statut de candidat à l’adhésion. La Serbie est État membre associé en phase préalable à l’adhésion. La Turquie est État membre associé. 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.