Modèle standard
La petite histoire
Comprendre simplement
Domaines de présence
Son interprétation dans l'avenir
Les références
Mais encore
by Pepe ©
 
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La petite histoire  Up Page
Théorie mise en doute
Dans le zoo des particules élémentaires échaudé par les physiciens coexistent 12 particules de matière: 6 leptons (dont l'électron) et 6 quarks. De plus, à chacune de ces particules correspond une antiparticule de même masse mais de charges opposées. Enfin, les forces qui agissent sur ces particules sont véhiculées par d'autres particules, les bosons (comme le photon ou le gluon). Le Modèle standard , élaboré depuis 1964, décrit comment tout ce bestaire, s'organise pour former la substance de notre univers. Le pentaquark (cinq quarks reliés par cinq gluons) et X (3872) (quatre quarks,et quatre gluons) en sont les derniers rejetons découverts.

Comprendre simplement  Up Page
Modèle standard incomplet
La principale lacune du modèle standard actuel est de n'avoir pas intégré la force de gravité dans sa description de l'organisation de la matière. La nature compte en effet quatre interactions fondamentales: la gravité, l'électromagnétisme, la force nucléaire forte et la force nucléaire faible, ces deux dernières agissant uniquement au niveau subatomique. Plusieurs particules ont été détectées dans les accélérateurs, comme le photon qui véhicule l'électromagnétisme ou les gluons, vecteurs de la force nucléaire forte.
Mais si le "graviton" a déjà un nom sur la papier ne l'a jamais vu. Autre interrogation des spécialistes: peut-on imaginer l'existence de sous-particules dont l'assemblage formerait les quarks et les particules fondamentales "solitaires" comme les électrons ou les neutrinons ? Les sous-structures hypothétiques des quarks ont déjà été baptisée 'préons' et un grand nombre d'articles scientifiques leur sont consacrés, mais aucune bribe de preuve expérimentale n'a été apportée", répond Michael Doser. Un modèle en particulier, celui de Harari, explique quarks et leptons à partir de deux "rishons", qu'il appelle "tohu" et "vohu". Enfin des particules dont on comprend l'origine du nom.

Domaines de présence  Up Page
La particule X (3872)
Très vite après l'annonce en provenance du KEKB coréen, la découverte de X (3872) a été confirmée au Fermilab, près de Chicago. "Nos collègues américains ont obtenu un signal tout à fait en accord avec nos mesures", se réjouit Steve Olsen, de l'université de Hawaï, à Honolulu, l'un des pères de la particule. X (3872) _ la lettre X désigne l'inconnu et le nombre 3872 sa masse en mégaélectronvolts _ ressemble à l'assemblage de deux mésons. "Nous soupçonnons la particule d'être une 'molécule' de deux fois deux quarks, un peu comme une vraie molécule peut être constituée de deux atomes". Si les physiciens imaginaient l'existence d'un tel corpuscule, ils n'en avaient encore jamais vu. Pour le pentaquark, en revanche, la surprise fut totale ! "Aucune théorie ne prévoyait l'existence d'une particule à cinq quarks", souligne Michael Doser. "On a tous été bluffé." Ce qui n'a pas empêché d'autres équipes de réitérer l'expérience du SPring-8 japonais.

Son interprétation dans l'avenir  Up Page
Les secrets du cosmos
C'est une petite entreprise de Carsoli (L'Aquila) qui est derrière la prochaine découverte scientifique qui pourrait changer la théorie-base de la physique: celle du Modèle Standard qui ne réussit pas à expliquer la coexistence de toutes les forces connues et inconnues qui régulent l'Univers.
La solution de cette énigme est maintenant plus proche, grâce aux extraordinaires résultats scientifiques obtenus en août 2004 par l'expérimentation utilisant l'accélérateur en ligne de particules (Slac) de l'Université de Stanford en Californie.
L'instrument créé par Giorgi pour l'expérimentation anglo-italo-franco-germano-américaine a éclipse le matériel équivalent réalisé par les japonais de Tsukuba avec des budgets 20 fois supérieurs. Il a cependant été nécessaire de substituer une partie du détecteur de muons (les particules issues des rayons cosmiques les plus couramment observés) avec l'insertion d'un nouveau système de détection appelée LST (limited streamer tubes). Il s'agit de tubes profiles en PVC en forme de peignes longs de plusieurs mètres, et a section carrée, capables de capturer les muons avant qu'ils ne sortent de l'instrument de manière à analyser leur comportement.
Le choix de la société constructrice s'est arrêté sur Pol.hi.tech de Carsoli. "La compétence scientifique du responsable Massimo Meoni et la flexibilite de cette petite entreprise afin de satisfaire toutes nos demandes nous ont convaincu de faire construire l'Lst a Carsoli", explique Marcello Giorgi.
"Des Abruzzes, l'appareil a ensuite été transporté par avion jusqu'à l'Université de Princeton pour l'opération de revêtement, et de la, jusqu'à Stanford pour les essais."
La Pol.hi.tech travaille en collaboration avec l'Institut National de Physique Nucléaire depuis 30 ans, et s'appelait auparavant Polivar. La société a réalisé des appareils hi-tech pour plusieurs des plus grands laboratoires: le Cern europeen, le francais Cen-Saclay, l'anglais Rutherford et les américains Fermilab et Bnl. Mais l'entreprise a également développé un instrument qui effectue des radiographies des sols jusqu'à 20 mètres de profondeur, scannant le sous-sol à la recherche, par exemple, de restes archéologiques.
Dans le cas de BaBar, l'expérimentation a d'abord porté sur la mesure extrêmement précise de l'asymétrie existant dans l'Univers entre matière et anti-matière, qui pourrait être la clé pour pénétrer dans les secrets du cosmos. Après le Big Bang, en effet, matiere et anti-matière étaient présentes en mesures égales dans l'Univers. Maintenant, en revanche, nous vivons dans un univers fait seulement de matière. Pourquoi ? De petites différences entre les particules doivent avoir permis de faire triompher la matière. L'expérimentation BaBar a ainsi pour but de résoudre cette énigme.
"L'expérimentation BaBar pourrait devenir un exemple de la facon, même en Italie, avec laquelle la recherche fondamentale peut générer des commandes intéressantes pour l'industrie", dit Giorgi. "Dans le passé, pour la construction du détecteur principal de BaBar pour la mesures des muons, nous avions cherche une entreprise italienne avec une petite ligne de montage pour les semi-conducteurs, mais nous n'en avions pas trouvé une seule: la commande était allée à une société anglaise."
 
L'arbre de la matière
Sept groupes ont d'ores et déjà vu cette étrange particule à cinq quarks (quatre quarks et un antiquark) depuis la première publication signée par le japonais Takashi Nakano, de l'université d'Osaka. Ce dont se félicite d'ailleurs le chercheur: "Le pentaquark a une durée de vie assez longue, qui le rend bien visible. Cela facilite nettement les travaux de vérifications."
Que signifient ces découvertes pour le monde de la physique ? "C'est comme si les biologistes découvraient une nouvelle espèce de singe", avance Michael Doser. Cela ne bouleverse pas leur vision de l'évolution, mais ajoute un beau spécimen à l'arbre de la vie. De la même façon, ces deux particules permettent de mieux comprendre certains aspects de l'évolution, c'est-à-dire, pour nous, les physiciens, certaines propriétés de la matière.

Les références  Up Page
Réseau Pepe
BE Italie
BE Royaume-Uni
Science & Vie février 2004 n1037
Pour la Science octobre / décembre 2004 L'histoire de l'Univers n45
 
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Je crois que, si les êtres humains que nous sommes ne parviennent pas toujours à évoluer comme ils le souhaiteraient _à s'épanouir professionnellement, sentimentalement et sexuellement (ce que j'appelle les trois pôles d'intérêts) c'est parce qu'il y a des barrages qui entravent leur désir d'accéder à un rêve inachevé. Je pars du principe que tout est possible, à condition de s'entourer de gens qui nous poussent à croire en nous.
 
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Mais encore  Up Page
Rutherford Appleton Laboratory
Depuis trois décennies, les physiciens ont recours au modèle standard pour expliquer les forces et les particules fondamentales de la nature. Ce modèle est fondé sur le fait que les unités élémentaires de la matière sont divisées en trois générations de eux types de particules: les quarks et les leptons. Ces deux types de particules constituent avec les bosons de jauge, qui véhiculent les interactions entre les leptons, les éléments ultimes qui permettent de décrire noyaux, atomes et molécules.
Les leptons sont des fermions (c'est-à-dire des particules dont le spin est demi-entier) sensibles aux interactions faibles et gravitationnelles et insensibles aux interactions fortes. A la différence des quarks, ces particules existent à l'état libre. Leur famille comprend trois particules chargées (l'électron e-, le muon m et le lepton lourd t ou tauon) associées chacune à une particule neutre, les neutrinos ne, nm et nt. Le modèle standard prédit que la masse des neutrinos est nulle mais cette hypothèse a été contredite par des résultats expérimentaux, comme ceux obtenus par les chercheurs de l'Observatoire de Neutrinos de Sudbury (ONS ou SNO pour "Sudbury Neutrino Observatory", Ontario, Canada, septembre 2003). Ce type d'expérience a montré que les neutrinos électroniques produits par le soleil étaient capables de se transformer spontanément en neutrinos muoniques ou tauiques. Mais cet effet, appelé oscillation des neutrinos, n'est possible que si les neutrinos présentent une masse non nulle. En conséquence, il semblerait bien que le modèle standard soit erroné ou incomplet.
 
Neutrinos

Le modèle standard des particules est resté quasi inchangé durant ces trente dernières années, la seule faille dans sa cuirasse étant la découverte d'une masse pour les neutrinos. A laquelle s'ajoute également l'impossibilité d'intégrer la force de gravitation dans l'unification des quatre forces élémentaires.