CC-IN2P3


Partenaires








Rechercher

Sur ce site

Sur le Web du CNRS

Centre de Calcul IN2P3/CNRS
21 Avenue Pierre de Coubertin
CS70202
69627 VILLEURBANNE cedex
Tél. : +33 (0) 4 78 93 08 80
Fax : +33 (0) 4 72 69 41 70


Accueil du site > Domaines d’application > Expériences de physique > Physique des particules > Physique des particules

Physique des particules

Maj : 2 mars 2011


- Qu’est-ce que la physique des particules ?

- Les grandes thématiques de recherche


Qu’est-ce que la physique des particules ?

Les expériences de physique des particules ont pour but d’améliorer la connaissance des constituants fondamentaux de la matière et de leurs interactions. L’ensemble des progrès réalisés dans ce domaine depuis les années cinquante ont permis l’élaboration du Modèle Standard de la physique des particules.

Les particules élémentaires du Modèle Standard sont décomposées en deux grandes familles : les fermions, qui constituent les briques fondamentales de la matière, et les bosons, porteurs des quatre interactions (ou forces) fondamentales.

Les fermions sont composés de six quarks, de trois leptons, de trois neutrinos et de leurs anti-particules.

  • Les quarks et leurs anti-particules forment des baryons, parmi lesquels on retrouve en particulier les protons et les neutrons. Ce sont ces derniers qui composent les noyaux des atomes, c’est-à-dire les constituants de base de notre corps et de la matière qui nous entoure.
  • Parmi les leptons et leurs anti-particules, on retrouve entre autres les électrons qui orbitent autour des noyaux des atomes.
  • On retrouve les neutrinos en très grande quantité dans l’Univers mais ces particules élusives restent méconnues et leur masse n’a pas encore été déterminée.

Les bosons sont composés d’un photon, des bozons W et Z, de gluons et d’un graviton.

  • Le photon véhicule l’interaction électromagnétique que l’on retrouve dans tous les phénomènes électriques et magnétiques.
  • Les bosons W et Z sont les transmetteurs de l’interaction faible qui est en particulier responsable d’un type spécifique de radioactivité (désintégration bêta).
  • Les gluons sont les transmetteurs de l’interaction forte qui permet de maintenir ensemble les quarks au sein des protons et des neutrons et assure la cohésion des noyaux des atomes.

© CERN
© CERN

Le Modèle Standard évoqué ici suscite cependant de nombreuses questions :

  • Pourquoi les particules ont-elles une masse et pourquoi sont-elles si différentes les unes des autres ?

La découverte du boson de Higgs (du nom du physicien britannique Peter Higgs qui en a proposé le modèle) permettrait de répondre à ces deux questions.

  • Comment aller plus loin dans l’unification des forces en incluant aussi l’interaction forte voire même la gravitation ?

La supersymétrie et les théories stipulant l’existence de dimensions supplémentaires dans l’Univers sont des voies nouvelles pour répondre à cette question. Si ceci s’avère exact, de nouvelles particules devraient être mises en évidence dans les expériences actuelles et futures.

  • Pourquoi notre Univers qui était originellement composé de matière et d’antimatière a-t-il évolué vers un monde où seule la matière a subsisté ?


Les grandes thématiques de recherche

- Au delà du Modèle Standard :

Détecteur ATLAS, installé sur le LHC (au CERN, Genève) © CERN
Détecteur ATLAS, installé sur le LHC (au CERN, Genève) © CERN
Les expériences menées au CERN jusqu’à fin 2000 auprès du grand accélérateur du LEP (Large Electron Positron), ont permis de tester de manière très fine le Modèle Standard sans le mettre toutefois en défaut.

Aujourd’hui, les expériences ATLAS et CMS, installées autour du LHC (Large Hadron Collider), le plus grand accélérateur de particules du monde, permettent de traquer le boson de Higgs et les particules supersymétriques.

Le CC-IN2P3 est l’un des piliers de la grille de calcul mise en place pour traiter les données des expériences du LHC.

Le CC-IN2P3 participe également à l’expérience D0 à Fermilab près de Chicago (Etats-Unis), qui a une thématique de recherche semblable à celle du LHC mais qui met en scène des énergies plus faibles. Les recherches du boson de Higgs réalisées dans le cadre de D0 devraient d’ailleurs baliser la voie pour les expériences ATLAS et CMS.

Le CC-IN2P3 fournit des moyens informatiques importants à ces expériences tant pour le retraitement que pour l’analyse des données expérimentales.

-  Violations de symétries, asymétrie matière-antimatière :

La notion de symétrie a une importance fondamentale dans les modèles théoriques en physique, notamment la violation de la parité P qui, à une particule associe son image dans un miroir, et la violation de la conjugaison de charge C qui à une particule associe son anti-particule de charge électrique opposée.

On a observé la violation de CP, conjugaison des deux symétries précédentes, depuis plus de trente ans : les résultats ont montré une infime différence de comportement entre une particule et son anti-particule. Cette différence, inexpliquée jusqu’à présent, a une importance considérable : elle permettrait d’expliquer pourquoi nous vivons dans un monde de matière alors qu’originellement l’Univers était composé de façon égale de matière et d’antimatière.

Les chercheurs de l’expérience BaBar au Stanford Linear Accelerator Center (SLAC, Californie) travaillent sur cette thématique de recherche dans le cadre du système des mésons beaux, contenant des quarks b.

Le CC-IN2P3 est un site miroir de SLAC : toutes les données collectées par le détecteur ont été stockées à Lyon et mises à disposition des physiciens pour effectuer leurs analyses. Le traitement des données étant aujourd’hui terminé, les chercheurs finalisent leurs résultats.

L’expérience LHCb auprès du collisionneur LHC concerne également ce type de problématique. Le traitement et le stockage des données de LHCb, comme pour les trois autres expériences du LHC, sont réalisés via une grille de calcul dans laquelle est fortement impliqué le CC-IN2P3.



- Oscillations neutrinos :

Les chercheurs de l’expérience Opera, qui a pour but d’effectuer la mesure de la masse des neutrinos située dans le tunnel du Gran Sasso en Italie, recueillent eux un faisceau de neutrinos produits au CERN après un parcours de 750 km.

L’expérience Double Chooz a pour but de mesurer le troisième angle de mélange des neutrinos, θ13, auprès de la centrale nucléaire de Chooz (Ardennes). En parallèle, elle permettra d ?évaluer l ?intérêt d ?une mesure précise du spectre en énergie des antineutrinos dans le cadre des missions de non prolifération de l ?agence internationale de l ?énergie atomique (AIEA).


(Haut de page)