PAI "Fundamental interactions: at the boundary of theory, phenomenology and experiment"

Ce PAI (qui entre dans sa 3ème phase) s'adresse aux « Interactions Fondamentales ». Partant de la physique des particules élémentaires, les physiciens ont formulé des lois qui s'appliquent aussi bien à l'infiniment petit qu'à l'Univers. Le concept d'interactions fondamentales regroupe l'ensemble des forces connues (la gravitation, l'interaction électro-magnétique bien connue, les interactions fortes liant les quarks et les constituants du noyau, les interactions faibles, ténues mais responsables de l'énergie du Soleil comme de l'asymétrie au niveau microscopique entre matière et anti-matière, gauche et droite.

Outre les particules élémentaires, constituants de base de la matière, c'est l'Univers tout entier qui est le laboratoire de ces chercheurs. Les lois déduites permettent en effet de s'attaquer à la cosmologie, qui est devenue une science d'observation (rayonnement fossile à 3°K, observation de l'accélération de l'expansion), tandis que des limites astrophysiques contraignent sévèrement les propriétés de nouvelles particules prédites par les modèles théoriques.

Les physiciens les étudient afin de mieux comprendre notre univers et son évolution. Cette recherche implique une interaction étroite entre physiciens théoriciens et physiciens expérimentateurs. Elle passe aussi par des outils expérimentaux exceptionnels tels que le grand collisionneur de hadrons LHC au CERN, ou encore les télescopes IceCube au pôle sud, qui « chasse » les neutrinos d'origine cosmique, ou le télescope Telescope Array, qui détecte les rayons cosmiques d'extrêmement haute énergie.

L'actualité nous fournit un exemple particulièrement frappant de complémentarité entre théorie et expérience. C'est dès 1964 que François Englert et Robert Brout, fondateurs du groupe de physique de l'ULB qui coordonne aujourd'hui ce PAI, ont livré la clef d'un mécanisme d'unification entre interactions faibles et électromagnétiques (bien mieux décrites à l'époque). Peter Higgs (Edimbourg) en donna peu après une formulation complémentaire. Cette approche, intégrée en 1967 dans le « Modèle Standard » fit l'objet de diverses confirmations expérimentales (l'équipe expérimentale de l'ULB fut associée à la découverte des courants neutres en physique des neutrinos dans les années 70). Une pièce manquait, le Boson Scalaire (ou Boson de Brout-Englert-Higgs) dont la découverte vient (2012) d'être annoncée au CERN par les les expériences ATLAS et CMS (les expérimentateurs belges sont regroupés dans cette dernière collaboration).

Toutefois, il reste encore de nombreuses questions en physique des particules, qui sont étudiées par les équipes de ce PAI: des questions sur la nature de la matière noire, sur l'asymétrie matière/antimatière dans l'Univers, sur l'existence possible de dimensions supplémentaires de l'espace-temps, etc. Le LHC pourrait aussi découvrir d'autres particules au-delà du Modèle Standard, comme les particules supersymétriques qui sont prédites dans de nombreux modèles d'unification des forces de l'Univers.

Le PAI est cordonné par Jean-Marie Frère - Physique théorique, Faculté des Sciences, ULB - et implique également des équipes de l'ULB (Faculté des Sciences) - Barbara Clerbaux, P hysique des Particules élémentaires -; de l'UCLouvain; de la VUB; de l'UA; de la KULeuven; de l'UGent; de DurhamlPPP (UK); du LAL (F); du NIKHEF (NL); de l'INR-Moscow (RU).

Site web


Pour les questions théoriques:

Jean-Marie FRERE

UR en Physique théorique

tel 02 650 5571, fax 02 650 5951,
http://homepages.ulb.ac.be/~frere/

Campus de la Plaine

ULB CP225, boulevard du Triomphe, 1050 Bruxelles

Pour les questions expérimentales:

Barbara CLERBAUX

Faculté des Sciences

tel 02 629 32 14, fax 02 629 38 16,

Campus de la Plaine

ULB CP230, boulevard du Triomphe, 1050 Bruxelles