Collisions en direct

C’est peut-être un Québécois qui découvrira le fameux boson de Higgs, que l’on appelle aussi «la particule de Dieu». Le physicien Yves Sirois dirige une expérience capitale dans le plus grand accélérateur de particules du monde.

Par Mathieu Gobeil

Le 30 mars dernier, il s’est produit un phénomène extraordinaire à 100 m sous la frontière franco-suisse, tout près de Genève. Au cœur du Grand collisionneur de hadrons (LHC), des chocs atomiques sans précédent ont eu lieu. Dans cet accélérateur de particules d’une circonférence de 27 km, les scientifiques ont propulsé deux faisceaux de protons l’un vers l’autre avec une énergie de 7 TeV – sept billions d’électronvolts: soit environ l’énergie dépensée par 7 moustiques en vol. Mais quand cette puissance est appliquée à deux protons qui se percutent, cela peut révéler des particules inédites.

Aux premières loges de ce grand spectacle, un Québécois, le physicien Yves Sirois. Directeur de recherche au CNRS, près de Paris, il a tout vu, entouré de collègues et de journalistes: «Ça a été un franc succès. À la troisième tentative, la collision a eu lieu.» Il est responsable pour la France de l’expérience CMS – une des deux plus importantes ayant cours au LHC, qui fonctionnera désormais de façon continue.

Qu’espère-t-on de telles expériences? Lever le voile sur le mystérieux boson de Higgs. L’existence de cette particule extrêmement massive est présupposée depuis les années 1960. C’est la pièce manquante du «modèle standard», qui explique les lois fondamentales.
En 2013, on doublera la puissance maximale du LHC, qui passera à 14 TeV. «À ce niveau d’énergie, on est sûr d’avoir notre réponse: on prouvera l’existence du boson ou on l’exclura définitivement», poursuit le chercheur.

C’est que, à très haute énergie, on se rapproche des conditions qui prévalaient dans les premiers instants de l’Univers, lors du big-bang. Mais trouver le «Higgs» ne règlerait pas tout, loin de là. Car le modèle standard présente toujours des failles. «À l’origine, ce que l’on décrit aujourd’hui comme les interactions forte, faible et électromagnétique n’auraient été qu’une seule interaction. Les théories prédisent l’existence de nouveaux bosons dans ces conditions, qui transmettent les forces entre les particules de matière», explique Yves Sirois. On retrouverait aussi un peu de soupe primordiale de quarks et de gluons, d’autres particules présentes dans les premières microsecondes, avant qu’elles ne soient «emprisonnées» sous la forme de protons et de neutrons.

Dans le LHC, les scientifiques traquent aussi les exotiques particules dites «supersymétriques», jamais observées. L’une d’entre elles (la plus légère et parfaitement stable) pourrait résoudre en partie la question de la matière noire, cette mystérieuse masse qui domine les galaxies et représenterait 25% de l’Univers.

À très haute énergie, la force de gravité prend également beaucoup plus d’impor­tance. Dans ces conditions, on pourrait ainsi obtenir des indices de l’existence de nouvelles dimensions spatiales. On noterait la présence de gravitons, des particules porteuses de la force de gravité, et de micro trous noirs, extrêmement éphémères.

Encore faut-il que ces collisions dans le LHC et leurs précieux résidus soient consignés! C’est pourquoi, de ce côté-ci de l’Atlantique, à Montréal, Marc-André Dufour a suivi l’événement en direct sur un écran d’ordinateur. C’est que l’étudiant au doctorat en physique à l’Université McGill a créé un outil essentiel au projet ATLAS, la deuxième grande expérience du LHC. Son logiciel permet de prédire la somme de données qui découlent de l’expérience.

Tout ce qui se passe après la collision de protons est capté par des détecteurs. Chaque seconde, un milliard de collisions produisent l’équivalent de 100 000 disques compacts de données. Dans cette masse d’information, toutes n’ont pas la même importance, car la plupart des particules produites sont du déjà-vu – de la physique de base. Il faut donc filtrer cet amas de données pour ne conserver que celles qui concernent les particules jamais observées, ce qui représente 27 CD pour chaque minute de fonctionnement du LHC. Cela, on le sait grâce aux algorithmes que Marc-André a développés.