Trouvé!

Ken Tapping, le 25 juillet 2012

Dans le ciel, cette semaine…

  • Mars et Saturne se rapprochent de l’horizon, à l’ouest, quand le soir tombe.
  • Vénus et Jupiter se font la cour, à l’est, au petit matin.
  • La Lune entrera dans son premier quartier le 25 juillet.

On pourrait commencer avec n’importe quoi, mais prenons quelque chose de typiquement canadien : de la glace. Supposons qu’il s’agisse de cette glace de fin de janvier, celle qui est si dure parce qu’il fait environ -20 °C. Étant de l’eau solidifiée, la glace est un composé chimique fait de molécules, chacune constituée de deux atomes d’hydrogène et d’un atome d’oxygène – H2O. À présent, plaçons cet échantillon dans un récipient fermé et chauffons-le encore et encore.

Lorsque la température atteint 0 °C, la glace fond et l’eau reprend son état liquide. Puis, vers 100 °C, selon l’altitude, elle bout et se transforme en vapeur, un gaz. À 2500 °C, à peu près, les molécules d’eau commencent à se séparer pour former un mélange d’oxygène et d’hydrogène.

Les atomes ont deux composantes principales : un noyau et le nuage d’électrons qui l’enveloppe. Tandis que la température grimpe pour passer de quelques milliers à des millions de degrés, les atomes perdent peu à peu des électrons, si bien que, dans notre récipient, se trouve maintenant un mélange extrêmement chaud de noyaux nus et d’électrons. Puis, le noyau lui-même se désintègre pour engendrer un bouillon de protons, de neutrons et d’électrons. Si on continue de chauffer le récipient jusqu’à ce que la température atteigne des milliards de degrés, voire davantage, les protons et les neutrons se séparent et ne subsiste plus qu’un mélange constitué des blocs de construction primordiaux de la matière. De nombreuses années de recherche sur la nature fondamentale de la matière ont culminé par la formulation de ce qu’on appelle le Modèle standard, lequel veut que la matière soit composée de particules élémentaires appelées quarks, leptons, gluons, bosons (deux sortes) et photons. Cependant, en 1964, Peter Higgs et plusieurs autres physiciens émirent l’hypothèse que le Modèle standard, tel qu’on l’avait formulé, ne tiendrait pas la route sans une autre particule indispensable, qu’on finit éventuellement par appeler le « boson de Higgs ». Malheureusement, cette particule demeurait introuvable.

Le problème était de taille, car une partie considérable de la physique s’appuie sur la véracité du Modèle standard. Les recherches se sont donc poursuivies. Une des principales difficultés est qu’il faut une quantité phénoménale d’énergie pour s’enfoncer aussi profondément dans la nature primaire de la matière. S’il est impossible d’obtenir pareille quantité d’énergie sous forme de chaleur, la chose est néanmoins réalisable par des collisions. Le point culminant de ces travaux est le Grand collisionneur de hadrons, situé près de Genève, en Suisse. On imprime à des protons une accélération de plus en plus grande jusqu’à ce que leur vitesse approche autant que possible celle de la lumière, puis on les fait entrer en collision avec d’autres protons, filant à la même vitesse, mais dans le sens inverse.

Le problème est que bon nombre des propriétés importantes du boson de Higgs ne pouvaient être calculées auparavant. Il a donc fallu procéder passablement différemment pour les recherches. Des expériences ont été conçues de façon à prévoir les résultats qui seraient obtenus advenant le cas où le boson de Higgs n’existerait pas. Ensuite, les résultats ont été comparés aux prévisions et on a noté les écarts. Les propriétés de la particule capable de causer pareils écarts ont alors été comparées à celles qu’aurait l’hypothétique boson de Higgs. Après une série de résultats positifs, on est parvenu à la conclusion que l’élusive particule avait enfin été découverte. Le Modèle standard demeure donc valable et la physique n’a plus rien à craindre, du moins pour le moment.

Ken Tapping est astronome à l’Observatoire de radio-astrophysique du Conseil national de recherches, à Penticton (C.-B.), V2A 6J9.

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