Au Cern, un nouveau jouet et cinq espoirs pour les physiciens

Le LHC sert en fait à valider des théories physiques, et est le plus grand dispositif expérimental construit dans ce but. Il recrée des conditions similaires à celles qui existaient juste après le Big Bang (la naissance de l'Univers). Ainsi, les physiciens espèrent découvrir les secrets de l'évolution de notre Univers. Le redémarrage du LHC se fait après un arrêt technique de deux ans, le temps de réaliser une maintenance mais aussi d'apporter des améliorations.

Vérifier les théories invérifiables

L'accélérateur de particules, déjà le plus puissant du monde, va fonctionner avec une énergie bien supérieure à celle de la première période d'exploitation, qui avait notamment permis de confirmer l'existence du boson de Brout-Englert-Higgs. Grâce à l'énergie plus élevée de leur nouveau jouet, les physiciens pourront élargir le champ de leurs recherches à de nouvelles particules et mettre à l'épreuve des théories jusqu'ici invérifiables. Cinq grandes questions, certaines ouvertes depuis longtemps, espèrent en particulier une réponse (voir ci-dessous). Le doublement de la puissance du LHC a nécessité des mois de travaux. "C'est pratiquement une nouvelle machine", assure le directeur des accélérateurs du Cern, Frédérick Bordry. Les premiers protons devraient être injectés la dernière semaine de mars, pour un plein fonctionnement en mai. "Nous ne savons pas encore prédire quel jour le LHC sera démarré, a-t-il averti ce week-end à la conférence de l'Association américaine pour l'avancement des sciences en Californie. Nous devons encore mener les tests nécessaires, car la sécurité est très importante pour nous."

Se faire surprendre par le boson

Le boson nous réserve-t-il des surprises ? Le grand collisionneur de Hadron a permis de prouver l'existence du boson tel que postulé par le prix Nobel belge François Englert et son collègue Robert Brout d'une part et Peter Higgs d'autre part. Mais les physiciens espèrent encore en apprendre davantage sur cette fameuse particule, qui permet aux autres particules d'acquérir une masse. Le fait que le collisionneur est doté d'une énergie bien plus importante permettra une production du boson à un rythme plus intense. L'abondance de résultats permettra d'étudier la particule en détail. Correspond-elle à toutes les prédictions théoriques ? Comment se désintègre-t-elle ? Est-elle une particule "élémentaire" ou plutôt composée de sous-éléments ? N'importe quel élément inattendu ferait la joie des physiciens.

Savoir ce qui se cache dans la "matière noire"

Actuellement, nous ne connaissons que 15 % de la matière qui compose notre Univers. Tout le reste est qualifié de "matière noire". Cette mystérieuse matière est invisible à nos yeux d'humains et nous ne pouvons la détecter qu'à partir de ses effets liés à la gravitation. Les physiciens ignorent en tous cas de quoi est faite la matière noire. Selon l'une des (nombreuses) théories, cette matière noire serait composée de particules "WIMP" - pour l'abréviation anglaise de Weakly Interacting Massive Particles (particules massives à interaction faible). Si l'une de ces théories était confirmée par les expériences , "cela permettrait aux scientifiques de mieux comprendre comment est constitué l'Univers, et, en particulier, comment font les galaxies pour ne pas se défaire" , assure-t-on au Cern.

Sonder l'antimatière

A chacun sa chacune : chaque particule de matière correspond une antiparticule, parfaitement similaire mais de charge opposée. Pour l'électron, par exemple, il existe un "anti-électron", appelé positron, identique en tous points à l'électron mais de charge électrique positive. Quand la matière et l'antimatière entrent en contact, elles s'annihilent et disparaissent dans un éclair d'énergie. Le Big Bang devrait avoir créé matière et antimatière en quantités égales. Pourquoi donc y a-t-il bien davantage de matière que d'antimatière dans l'Univers ? "L'exploitation à plus haute énergie permettra de produire plus d'antiparticules pour l'étude de l'antimatière au Cern; on pourra ainsi vérifier à quel point les propriétés de l'antimatière diffèrent de celle de la matière", espère-t-on au laboratoire suisse.

Découvrir de "nouvelles" particules

A côté des classiques protons ou électrons, les physiciens imaginent aussi l'existence de particules plus "exotiques". Certaines n'interagiraient pas directement avec les particules que nous connaissons, mais uniquement via le boson de Brout-Englert-Higgs, que la nouvelle version du LHC produira de façon quasi-industrielle ! Le Cern va s'employer à les rechercher. Par ailleurs, une autre théorie, celle de la supersymétrie, prédit l'existence d'une particule partenaire pour chaque particule du Modèle standard (le modèle qui décrit les interactions entre les particules élémentaires constituant la matière, selon ce qui est actuellement observable et démontré). Si la théorie est juste, ces "nouvelles" particules super-symétriques devraient apparaître lors de collisions à haute énergie dans le LHC.

Connaître le look de l'Univers "enfant"

Durant quelques millionièmes de seconde, juste après le Big Bang (la naissance de l'Univers), l'Univers s'est rempli d'une soupe extrêmement dense et chaude. Ce bouillon était fait de toutes sortes de particules - quarks et gluons - se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière. A ce moment si lointain où l'Univers en était au stade du nouveau-né, les quarks et les gluons se déplaçaient librement dans ce que l'on appelle le plasma quarks-gluons. Le LHC créera des collisions hyper puissantes afin de recréer cette soupe bouillante des origines. Le nouveau LHC permettra d'étudier à nouveau et de façon plus détaillée les caractéristiques de ce plasma. Une façon pour les scientifiques de prendre en quelque sorte de meilleures "photos" de l'Univers enfant qu'auparavant.