Mini glossaire

  • Boson: Les bosons représentent une classe de particules qui possèdent des propriétés de symétrie particulières lors de l'échange de particules : un système de particules identiques se comportant comme des bosons est toujours dans un état totalement symétrique par rapport à l'échange de particules. Toutes les particules élémentaires découvertes à ce jour sont soit des bosons, soit des fermions, ces derniers ne pouvant être que dans un état totalement antisymétrique par rapport à l'échange de particules.

  • Boson et Fermion: Les particules se divisent en bosons et fermions. Les fermions jouissent d’une propriété curieuse: on ne peut jamais mettre deux fermions exactement dans le même état. Cette propriété fut introduite pour des raisons empiriques. En effet, considérons un atome, composé d’un noyau (de charge électrique positive) et d’électrons (négatifs). Si nous ajoutons les électrons ”un à un”, nous nous attendons à ce qu’ils s’accumulent près du noyau (sous réserve des contraintes posées par les incertitudes quantiques). Mais il n’en est rien! Au contraire, une fois le niveau le plus proche occupé, les électrons se placent à des distances croissantes, comme si la position déjà occupée était interdite aux suivants. C’est ce qu’on appelle ”le principe de Pauli” En résulte toute la structure des couches atomiques, c’est-à-dire toute les propriétés chimiques des éléments. Il en va tout autrement des bosons, qui n’ont aucune répugnance à s’accumuler dans le même état. L’accumulation de particules microscopiques avec des propriétés identiques conduit alors des états observables macroscopiquement. Les faisceaux lasers en sont un exemple (ils sont composés de photons, qui sont des bosons vectoriels). Un autre exemple est rencontré ici, où la condensation des ”bosons scalaires” (bosons de Brout-Englert-Higgs) conduit précisément à la brisure de symétrie.

  • Brisure de symétrie: lle terme brisure spontanée de symétrie renvoie au fait que, sous certaines conditions, les solutions choisies par la Nature sont moins symétriques que les équations générales qui décrivent un système physique. Il n'y a pas de contradiction. Par exemple, les lois de l'électromagnétisme sont symétriques sous les rotations (toutes les directions sont équivalentes), ce qui n'empêche pas un morceau de fer de s'aimanter et de "choisir" ainsi une direction. L'important est de noter que, si cette direction de magnétisation est permise, d'autres le sont aussi (mais n'ont simplement pas été choisies. Cette notion joue un rôle important en physique des particules et en physique de la matière condensée.

  • Cern: ou l’organisation européenne pour la recherche nucléaire. À l’origine, l’acronyme correspondait à "Conseil européen pour la Recherche nucléaire", un organe provisoire institué en 1952, qui avait pour mandat de créer en Europe une organisation de rang mondial pour la recherche en physique fondamentale. Á l’époque, la recherche en physique fondamentale avait pour principal objectif la compréhension de l’intérieur de l’atome, c’est-à-dire du noyau, d’où l’emploi du qualificatif nucléaire. (Le Cern en bref).

  • Giga electron-Volt: un milliard d'electron-Volt. L'électron-Volt (symbole eV) est à proprement parler une unité de mesure d'énergie plutôt que de masse (voir plus bas). Sa valeur est définie comme étant l'énergie acquise par un électron accéléré depuis le repos par une différence de potentiel d'un volt. (pour référence : une pile "crayon" présente un potentiel de 1,5 Volt). Un électron-volt est donc égal à environ 1,60217653×10-19 joule (J). Les réactions chimiques libèrent des énergies de l'ordre de l'eV, les réactions nucléaires (fusion ou fission) de l'ordre du million d'eV (MeV), tandis que la physique des particules actuelle traite en milliards d'electron volts (GeV). Ainsi l'énergie au sein d'une collision de particules au LHC est actuellement de 8000 milliard d'eV, soit 8000 GeV = 8 TeV (Tera electron Volt), et sera portée à 16 TeV.

  • Masse et énergie: Il est courant en physique des particules d'utiliser l'énergie comme unité principale. La célèbre relation d'Einstein montre l'équivalence entre masse et énergie. Pour une particule au repos, E= mc2. On peut donc exprimer la masse comme m=E/c2. La création du boson scalaire, de masse 125GeV/c2 nécessite donc une énergie de 125 GeV s'il est produit au repos. Il est fréquent que l'on omette la mention "/c2" dans la conversation. En fait les théoriciens des particules ont pris l'habitude de prendre la vitesse de la lumière comme unité de vitesse.

  • Hadron: un hadron est un composé de particules subatomiques régi par l'interaction forte. Dans le Modèle Standard de la Physique des particules, ces particules sont composées de quarks et/ou d'anti-quarks ainsi que de gluons. Sachez également qu'il existe des hadrons exotiques (vs. communs).

  • LHC: ou grand collisionneur de hadrons est un gigantesque instrument scientifique situé au Cern, à cheval sur la frontière franco-suisse, à environ 100 mètres sous terre. C’est un accélérateur de particules, avec lequel les physiciens étudient les plus petites particules connues: les composants fondamentaux de la matière.

  • L'expérience Atlas: ou A Toroidal LHC ApparatuS est l’un des deux détecteurs polyvalents du LHC. Il explore un large éventail de domaines de la physique, de la recherche du boson scalaire à celle d’autres dimensions, en passant par la quête des particules qui pourraient constituer la matière noire.

  • L'expérience CMS: ou Compact Muon Solenoid poursuit les mêmes buts scientifiques qu'Atlas ci-dessus mais en optant pour d’autres solutions techniques et un système magnétique de conception différente.

  • Pourquoi un LHC 8000 GeV pour produire une particule de 125GeV: En fait 8000 GeV (8 TeV) est l'énergie des protons accélérés par le LHC, mais dans les collisions, ce sont les sous-constituants du proton qui entrent en collision....(quarks, gluons). Seule une faible proportion de l'énergie va donc à la création de la particule recherchée. Où va le reste? Il suffit de regarder une image d'interaction, pour voir les multiples traces de particules qui accompagent l'événement. Non seulement cette énergie ne produit pas la particule recherchée mais elle produit un multitude de traces qui compliquent l'observation.