physique des saveurs lourdes

Les neutrinos ressemblent à des danseurs invisibles qui changent de masque en plein vol. Les trois types de ces particules – le neutrino électronique, le neutrino muonique et le neutrino tau – passent constamment de l'un à l'autre.

L'Univers ne se contente pas de s'étendre : il résonne. Après le Big Bang, des cordes tendues sont restées dans sa trame — fines comme un proton, mais lourdes comme une chaîne de montagnes.

Au cœur du détecteur du Grand collisionneur de hadrons, des protons entrent en collision et, pendant un bref instant, quelque chose de lourd naît.

Un aimant avec un seul pôle — nord, mais sans sud. Coupez-le en deux : au lieu de deux aimants ordinaires, vous obtenez deux aimants monopôles identiques. Dans notre monde, de telles particules n'ont pas encore été trouvées, bien que de nombreuses théories prédisent leur existence. Ces objets hypothétiques sont appelés monopôles magnétiques.

Une goutte de crème grasse dans un verre de lait. Si vous agitez, la graisse ne se répartit pas uniformément : elle forme des amas plus denses qui se déplacent différemment du reste du liquide. C'est à peu près ce que font les quarks à l'intérieur des mésons, ces particules minuscules qui ne vivent que des fractions de seconde.

Dans le détecteur CMS du Grand collisionneur de hadrons, des protons accélérés à une vitesse proche de celle de la lumière sont entrés en collision.

Les particules lourdes que les physiciens appellent baryons ressemblent à de minuscules familles de trois quarks. Les baryons ordinaires sont les protons et les neutrons qui constituent tout ce qui nous entoure. Mais il existe aussi des cousins exotiques : au lieu de quarks légers, ils contiennent des quarks charmés ou beaux — lourds et éphémères.

Lors des collisions de noyaux lourds dans les collisionneurs, un plasma de quarks et de gluons est créé — un état de la matière où les quarks et les gluons sont libres, comme l'eau dans la vapeur.

Un faisceau d'électrons dans un accélérateur ressemble à une volée d'oiseaux : il vole en groupe serré, mais avec le temps, il se disperse. Pour maintenir les particules ensemble, on installe généralement de lourds aimants. Ici, on s'en est passé : le faisceau s'est comprimé tout seul.

Dans une cuisine, deux faisceaux de lampes de poche se traversent sans se remarquer. La lumière n'interagit presque pas avec la lumière. Mais si l'on accélère des particules à des énergies énormes, deux photons peuvent entrer en collision et donner naissance à quelque chose de nouveau.

Au centre de la collision de deux noyaux de plomb naît un minuscule boule de feu — de la matière si chaude que les protons et les neutrons fondent, et que les quarks et les gluons flottent librement dans cette « soupe ». Cette soupe est appelée plasma de quarks et de gluons.

Au cœur d'une supernova en explosion naît une quantité inimaginable de neutrinos — ces particules fantômes qui traversent tout presque sans laisser de trace. Mais lorsqu'ils se rassemblent, ils commencent à s'influencer mutuellement et à changer d'identité en un éclair — ce que les physiciens appellent leur « saveur ».

Le cosmos est rempli de matière noire invisible, qui ne se trahit que par la gravitation. Son existence a été suspectée par Fritz Zwicky, puis confirmée par Vera Rubin.

L'eau dans une bouilloire chauffe jusqu'à cent degrés, puis cesse d'être de l'eau pour devenir de la vapeur. Quelque chose d'analogue se produit avec les noyaux atomiques lorsqu'on les fait entrer en collision à des vitesses énormes dans le Grand collisionneur de hadrons.

En 2016, le détecteur LHCb au Grand collisionneur de hadrons a enregistré des millions de collisions proton-proton. Parmi les débris de ces collisions naissaient des mésons B neutres, des particules qui peuvent spontanément se transformer en leurs antiparticules et vice versa.