physique des particules

Au Grand collisionneur de hadrons, on fait entrer en collision des protons, et parmi les débris apparaît parfois une particule poids lourd – le baryon lambda. Elle ne vit qu'une fraction infinitésimale de seconde et se désintègre en d'autres particules.

L'Univers a résonné intensément dans ses premiers instants. À l'époque de l'inflation, lorsque l'expansion de l'espace dépassait la vitesse de la lumière, les énergies en jeu étaient colossales — des milliers de milliards de fois supérieures à celles du Grand collisionneur de hadrons.

En 1981, Alan Guth a proposé le scénario de l'inflation cosmologique — une expansion fulgurante de l'espace qui a étiré les fluctuations quantiques jusqu'à l'échelle de galaxies entières.

Comprendre l'effet photoélectrique — lorsque la lumière arrache des électrons à un matériau — c'est un peu comme apprendre à cuisiner sans recette. Les outils numériques viennent à la rescousse : les jeux donnent l'intuition, les simulations apportent la précision.

La fin de l'Univers n'est pas qu'une simple obscurité. Si l'énergie noire le déchire en lambeaux ou s'il s'effondre à nouveau en un point semblable à un Big Bang inversé, une singularité survient — un moment où la physique conventionnelle rend l'âme. On a longtemps cru que tout disparaissait dans cet incendie cosmique.

Le modèle standard est un ensemble de règles décrivant toutes les particules connues. Mais il reste muet sur la matière noire, qui constitue un quart de l'Univers. Pour la trouver, pas besoin de construire des collisionneurs de la taille d'une ville.

Un réseau de neurones entraîné sur des collisions de protons et d'électrons a transféré ses compétences à une expérience totalement différente : la capture de neutrinos. Comme un cuisinier qui aurait appris la cuisine française puis, sans préparation, réussirait un excellent plov ouzbek.

Dans le Grand collisionneur de hadrons, les protons se percutent comme deux camions chargés de confettis. Les débris — des dizaines de nouvelles particules — s'éparpillent dans toutes les directions.

Dans l'accélérateur de particules de Pékin, on fait entrer en collision des électrons et des positrons, et pendant un bref instant naît une particule appelée êta-psi. Elle vit une fraction infime de seconde puis se désintègre en d'autres particules. L'un des chemins les plus rares est de se séparer en deux photons, les particules de lumière.

Dans le détecteur BESIII, les particules jouent une pièce de théâtre : elles entrent en collision, naissent et se désintègrent, laissant des éclairs de lumière. Mais parfois, un acteur peut quitter la scène discrètement — par une porte dérobée que les caméras ne voient pas.

La trace laissée par une particule éphémère ressemble à une signature dans le détecteur. La particule naît et se désintègre en un instant, mais sa trace permet de reconstituer sa nature : compacte comme une pierre, ou diffuse comme une boule de neige. C'est précisément l'objet de ce travail : les auteurs proposent une nouvelle façon de lire ces signatures.

À l'institut hongrois de recherche nucléaire ATOMKI, des physiciens ont remarqué quelque chose d'étrange : dans les désintégrations de noyaux atomiques excités, il arrive que des paires électron-positon s'échappent selon un angle inhabituel.

Le faisceau d'électrons frappe le proton comme une boule de billard en heurte une autre. Mais entre eux, ce n'est pas le vide : les particules ont le temps d'échanger des photons virtuels et des bosons Z, comme des joueurs qui se passent le ballon dans le dos.

Sur une table repose une fine membrane en caoutchouc. Quelqu'un la saisit par le milieu et la tire lentement vers le haut. La membrane ne veut pas simplement se soulever : elle se cambre en dôme, puis des rides courent le long du bord du dôme, comme des plis sur une jupe. On soulève plus haut — les rides se rassemblent en grands plis qui traversent toute la membrane.

La lumière frappe une plaque de métal et des électrons s'en échappent. C'est l'effet photoélectrique, qui ne se produit que si la lumière a assez d'énergie pour franchir le seuil qui retient les électrons à l'intérieur.