Dans nos précédentes éditions, nous avons commencé à décrire le champ de recherche qui s’ouvre après la découverte du boson de Brout-Englert-Higgs le 4 juillet dernier. A la supersymétrie, la matière noire et les dimensions cachées de l’Univers, il faut ajouter d’autres thèmes passionnants que nous voyons avec Jean-Marie Frère, directeur du service de physique théorique à l’ULB.

1. Où est passée l’antimatière ? Le LHCb, une autre expérience menée sur le LHC au Cern, étudie un des grands mystères de la physique : pourquoi notre univers n’a-t-il plus d’antimatière, alors que le big bang avait créé autant de matière que d’antimatière ? Quelle est l’origine du très léger surplus (une particule sur dix milliards) de matière qui est à la base de notre univers ? Car quasi toute la matière et l’antimatière se sont immédiatement annihilées, ne laissant que l’infime surplus de matière pour créer notre Univers. On cherche au LHCb à déceler les infimes différences de comportement entre la matière et l’antimatière. Les théories actuelles n’expliquant que très partiellement le phénomène.

2. La physique des neutrinos. On se souvient de la polémique sur les neutrinos qui auraient été plus vite que la vitesse de la lumière entre le Cern et le laboratoire de Gran Sasso, près de Rome. Depuis, on a montré qu’il y avait eu une erreur dans les mesures. Il reste cependant que la physique du neutrino reste un des grands domaines de recherche. C’est Wolfgang Pauli qui postula le neutrino en 1930 : "J’ai fait une chose terrible, disait-il, j’ai postulé une particule qui ne peut être détectée." Elle était nécessaire pour expliquer le spectre en énergie d’une désintégration bêta. Le neutrino a beau être indétectable, il fut découvert en 1956 par Cowan et Reines. Depuis, on a découvert trois "saveurs" de neutrinos, associés chaque fois à une particule (un lepton) : l’électron, le muon et le tau. Ces neutrinos sont partout. A chaque seconde, le soleil nous envoie 400000000000000 (4X 1014) neutrinos. Notre corps en émet 340 millions par jour à cause de la radioactivité du potassium que nous avons en nous. Le problème pour le physicien est que ces neutrinos ont une masse quasi nulle, une charge nulle et n’interagissent pas avec la matière. Les neutrinos peuvent donc traverser la Terre entière sans être arrêtés. Ce n’est que s’ils frappent par hasard une autre particule qu’ils seront arrêtés. En cent ans, notre corps n’arrêtera qu’un seul de ces milliards de milliards de neutrinos qui le traversent. Pour les scientifiques, la question est de savoir si les neutrinos sont leurs propres antiparticules ou non. De cette réponse, peut venir aussi une détermination de la masse minime du neutrino.

3. D’autres sujets. En dehors du Cern, on attend des résultats des expériences en cours pour détecter les ondes gravitationnelles prévues par Einstein, mais jamais "vues". Un événement gravitationnel devrait créer des ondes comme une pierre jetée dans l’eau fait des ronds. On a construit de gigantesques détecteurs pour tenter de capter la "vibration de l’espace" due aux ondes créées par des "catastrophes" gravitationnelles majeures comme une fusion de trous noirs. Des interféromètres de plusieurs kilomètres de long vont tenter de détecter une déformation de l’espace-temps (expérience Virgo). Le satellite Planck, quant à lui, devrait donner l’image la plus précise jamais obtenue de l’Univers, 380000 ans seulement après le big bang (le fond diffus cosmologique). Une image qui pourrait nous éclairer sur la création de l’Univers et ensuite des galaxies. Les théoriciens cherchent toujours, d’autre part, à unifier la théorie de la relativité générale et la physique quantique. Notons que les équipes belges sont souvent présentes : à CMS au LHC, mais aussi dans "Ice cube" qui est un énorme "piège" à neutrinos plongé dans la glace de l’Antarctique, ou dans "Telescope Array" qui analyse les rayons cosmiques de très haute énergie, ou encore dans "NA61" qui étudie la désintégration du "K".

4. Les attentes d’un physicien. Si on interroge Jean-Marie Frère sur ses attentes personnelles, il répond qu’il espère d’abord une réponse sur la matière noire. Ensuite, il se demande pourquoi la nature a dû créer tant de familles de particules différentes qu’on découvre dans les accélérateurs, alors que tout notre Univers est construit tout simplement avec une seule famille (deux quarks, l’électron, le neutrino). Il se demande aussi pourquoi les particules ont précisément la masse qu’elles ont. Le boson BEH explique l’origine de la masse, mais ne dit pas ce qu’elle doit être. La découverte du boson BEH n’empêche donc nullement les physiciens de chercher encore et de rêver