1 – Une nouvelle anomalie au LHC !
Je m’en amuse : Sommes-nous sur le point de
détecter des signes d’une physique encore inconnue ? C’est ce que semblent
suggérer les résultats récents des recherches que mène le Grand Collisionneur
de hadrons du CERN (Large Hadron Collider ou LHC).
Des résultats obtenus au Large Hadron Collider pourraient remettre en cause le modèle standard, pilier de la physique des particules depuis un demi-siècle, car ils indiqueraient que le comportement de certaines particules subatomiques dans le LHC n’est pas conforme aux prédictions de ce modèle : Un comble !
Mais une époque fabuleuse que voilà, s’il en est…
On rappelle que les particules fondamentales sont les
briques élémentaires de la matière : Des particules subatomiques indivisibles
(qui ne peuvent pas être décomposées en unités plus petites).
Et quatre forces fondamentales – la gravitation, l’électromagnétisme, l’interaction faible et l’interaction forte – régissent leurs interactions.
Or, le LHC est un immense accélérateur de particules installé dans un tunnel circulaire de 27 kilomètres sous la frontière « Gauloiso-Helvètique ».
Son objectif principal est justement de mettre à l’épreuve le modèle standard.
D’un autre côté, il aura inspiré l’anneau d’accélération pour satellites que construit actuellement « Paul de Bréveuil », alias « Charlotte », dans les sous-sols d’un atoll des Îles-Chagos : Mais ce n’est jamais qu’un roman, tout droit extrait du jus de neurone-bio de l’auteur de ce blog…
Le modèle standard constitue un ensemble d’équations
écrites à force d’observations qui reste notre meilleure compréhension des
particules et des forces fondamentales, mais qui n’est pas complète.
Elle ne rend par exemple pas compte de la gravité ni de la matière noire – cette forme de matière invisible, encore jamais mesurée directement, qui représenterait environ 25 % de l’univers.
Aussi, au grand collisionneur de hadrons, des faisceaux de protons qui circulent en sens opposé sont mis en collision afin de déceler des indices d’une physique encore inconnue.
Les nouveaux résultats dont il est question proviennent donc du LHCb, une expérience du LHC consacrée à l’analyse de ces collisions.
Des résultats qui reposent sur l’étude de la
désintégration – une forme de transformation – de particules subatomiques
appelées mésons B.
Il s’agit d’analyser la manière dont ces mésons B se désintègrent en d’autres particules, et de constater que ce processus spécifique n’est pas conforme aux prédictions du modèle standard finement calculées.
Rappelons que le « modèle standard » repose sur deux des avancées les plus révolutionnaires de la physique du XXème siècle : La mécanique quantique et la relativité restreinte d’Einstein.
Malgré son caractère incomplet, plus de cinquante ans de tests toujours plus exigeants les uns que les autres n’ont encore jamais révélé aucune faille dans ce cadre théorique.
Du moins, jusqu’à récemment.
Les mesures, celles acceptées pour publication dans la
revue Physical Review Letters, mettent en général en évidence un écart de
quatre écarts-types par rapport aux prédictions du modèle standard.
Concrètement, cela signifie que, après prise en compte des incertitudes liées aux résultats expérimentaux et aux prédictions théoriques, la probabilité qu’une fluctuation aléatoire des données produise un écart aussi important – si le modèle standard est correct – est d’environ 1 sur 16.000.
Statistiquement « non nul » mais « non significatif ».
Telle est la règle qu’observent les scientifiques qui jouent avec leurs joujoux payés avec vos impôts du côté du Lac Léman.
Même si ce résultat reste en deçà du standard ultime
de la physique – ce que l’on appelle « les cinq sigma », soit cinq
écarts-types (environ une chance sur 1,7 million) – les indices commencent à
s’accumuler.
D’autant que cette hypothèse est renforcée par des résultats issus d’une autre expérience, CMS[1], publiés plus tôt en 2025.
Bien que les résultats du CMS soient moins précis que ceux de LHCb, ils sont en bon accord avec ces derniers, ce qui consolide l’ensemble.
Et le recueil des nouveaux résultats provient de l’étude d’un type particulier de processus, appelé la désintégration électrofaible « pingouin ».
Le terme « pingouin » désigne un type particulier de
désintégration (de transformation) de particules de très courte durée de vie. « Dans
ce cas, nous étudions la manière dont le méson B se désintègre en quatre autres
particules subatomiques – un kaon, un pion et deux muons. »
Avec un peu d’imagination, la configuration des particules impliquées peut évoquer la silhouette d’un pingouin, d’où son nom…
Derrière chaque chercheur se cachent peut-être un poète ou un gamin près à s’étonner de tout et de rien…
Mais surtout, l’étude de cette désintégration permet d’observer comment un type de particule fondamentale, le quark bottom, peut se transformer en un autre, le quark étrange.
Du coup, la désintégration « pingouin » est extrêmement rare dans le cadre du modèle standard : Sur un million de mésons B, un seul se désintègre de cette manière !
« Nous avons analysé avec précision les angles et les énergies auxquels ces particules sont produites lors de la désintégration, et déterminé avec exactitude la fréquence du processus.
Aïe, aïe, aïe !
L’étude fine de ce type de désintégration constitue donc
l’un des objectifs majeurs de l’expérience LHCb au moins depuis sa création en
1994.
Les processus « pingouin » sont particulièrement sensibles aux effets de nouvelles particules potentiellement très massives, qui ne peuvent pas être produites directement au LHC.
Mais de telles particules peuvent néanmoins exercer une influence mesurable sur ces désintégrations, en plus de la contribution attendue du modèle standard.
Et ce type d’observation indirecte n’est pas inédit : Par exemple, une forme de radioactivité a ainsi été découverte près de quatre-vingts ans avant que les particules fondamentales qui en sont responsables – les bosons W – ne soient observées directement.
Aussi, l’étude de ces processus rares permet
d’explorer des aspects de la nature qui ne deviendront peut-être accessibles
autrement qu’avec des collisionneurs de particules dont on ne disposera au
mieux que dans les années 2070 (si les subventions suivent…)
Dès lors, un large éventail de nouvelles théories pourrait expliquer ces résultats. Beaucoup d’entre elles font intervenir de nouvelles particules appelées « leptoquarks », qui unifient deux types de constituants de la matière : Les leptons et les quarks.
D’autres théories envisagent des particules plus massives, analogues à celles déjà décrites par le modèle standard.
Cependant, malgré l’enthousiasme des « trouveurs », des questions théoriques ouvertes subsistent et empêchent d’affirmer avec certitude qu’on a pu observer une physique au-delà du modèle standard.
D’ailleurs, il faut vous avouer que la principale difficulté tient aux « pingouins charmants » (charming penguins), un ensemble de processus prévus par le modèle standard dont les contributions sont extrêmement difficiles à estimer.
D’autant que les évaluations récentes suggèrent que leurs effets ne sont pas suffisamment importants pour rendre compte des données recueillies jusque-là.
De plus, la combinaison d’un modèle théorique et des
données expérimentales issues de LHCb indique que ces « pingouins charmants » –
et donc le modèle standard – peinent à expliquer les résultats anormaux
observés.
Heureusement, de nouvelles données, déjà collectées, devraient permettre de trancher dans les prochaines années : Dans les travaux actuels, ont été analysées environ 650 milliards de désintégrations de mésons B enregistrées entre 2011 et 2018 pour identifier ces processus « pingouin ».
Depuis, l’expérience LHCb a enregistré trois fois plus de mésons B…
Rassurez-vous, d’autres avancées sont prévues dans les années 2030 afin de tirer parti des futures améliorations du LHC et de constituer un jeu de données 15 fois plus important.
Et cette étape décisive pourrait permettre alors d’apporter des preuves définitives – et, peut-être, d’ouvrir la voie à une nouvelle compréhension des lois fondamentales de l’Univers.
Vous rendez-vous donc compte, que sans le savoir, vous
êtes peut-être à l’aube d’une physique fondamentale nouvelle qui dépasserait les
théories dont on dispose déjà depuis plus d’un demi-siècle ?
Fabuleux, n’est-ce pas !
Et tout ça, sans que vous ne vous en rendiez compte une seule seconde, grâce à votre pognon qui finance ses travaux et les formations et salaires des « trouveurs » !
Magnifique, non ?
Il me fallait vous le souligner dans cette rubrique…
Mais pas seulement.
2 – Savez-vous que la lumière sera peut-être le
carburant des futurs moteurs de l’exploration spatiale ?
Lumineuse, comme idée !!!
Des « trouveurs » viennent d’en livrer une preuve du concept.
Atteindre Alpha du Centaure, le système stellaire le plus proche du Soleil, sa planète Pandora et ses Na’vis, exigerait des centaines de milliers d’années avec nos propulseurs actuels.
Mais une autre piste fascine les physiciens : Utiliser la lumière pour pousser un engin spatial !
De (futurs) « trouveurs » de l’université Texas A & M viennent d’en livrer une preuve prometteuse dans la revue Newton : Des structures microscopiques, appelées « métajets », capables de léviter et de se déplacer sous l’effet d’un laser, sans contact mécanique ni carburant embarqué !
Pour comprendre comment la lumière peut, à elle seule,
mettre un objet en mouvement, il faut s’intéresser au matériau de ces « métajets »
: Les… « métasurfaces », forcément !
Il s’agit de matériaux ultrafins structurés à l’échelle nanométrique. L’équipe a ainsi conçu un « sandwich » optique : De minuscules piliers en silicium sur une base transparente en dioxyde de silicium.
Cette architecture est cruciale : Lorsqu’un rayon laser frappe cette surface, une partie de la lumière est déviée et une autre, réfléchie (ce n’est pas qu’elle pense, n’est-ce pas, mais qu’elle retourne d’où elle vient…).
Or, là, la célèbre loi de l’action et de la réaction
d’Isaac Newton entre alors en jeu. La lumière possède une quantité de
mouvement. En interagissant avec les piliers, elle transfère une partie de son
élan au « métajet ».
Ce qui permet au Dr Shoufeng Lan de comparer ce phénomène à des balles de ping-pong rebondissant sur une surface : À chaque impact, une petite quantité de mouvement est transmise.
Ici, ce rôle est joué par les photons du laser : En étant déviés ou réfléchis, ils exercent sur le « métajet » une poussée infime, appelée force… « métaphotonique ».
(Un peu obsédé par « Mark-Montagne de Sucre »,
le garçon ? Jusque-là, on avait la bat-mobile, la bat-bateau, le Bat-coptère,
la bat-maison, la bat-ceinture, le Bat-stylo, le tout appartenant à Bat-man…
maintenant on a des « méta-partout »…)
C’est sur cette base étincelante que son équipe texane
a réussi une avancée majeure : Obtenir simultanément une lévitation verticale
et une propulsion horizontale en modulant la géométrie des piliers de silicium !
Magique…
En ajustant simplement la taille et le nombre de ces colonnes, les « trouveurs » texans déterminent l’angle de déviation de la lumière, contrôlant ainsi la vitesse et la direction du « métajet ».
Simple…
Et l’étude démontre que la force de propulsion dépend avant tout de la puissance du laser, et non de la taille de l’objet. Ces principes physiques pourraient donc, en théorie, être étendus à des systèmes beaucoup plus grands, sous réserve d’une puissance lumineuse suffisante.
Autre atout : Ces structures sont fabriquées par
lithographie électronique (EBL), une technique déjà bien maîtrisée en nano-fabrication,
même si un changement d’échelle poserait d’importants défis industriels.
Reste qu’il ne s’agit encore que d’une démonstration de principe.
À ce stade, ces dispositifs restent microscopiques – plus fins qu’un cheveu humain – et ne sont testés qu’en laboratoire, plongés dans un liquide pour atténuer les effets de la gravité !
La prochaine étape pour l’équipe consistera à obtenir des financements afin de tester cette technologie en microgravité… probablement en orbite !
Néanmoins, on espère qu’entre science fondamentale et rêve d’exploration interstellaire, ces « métajets » pourraient constituer les premiers jalons d’une propulsion où la lumière elle-même ferait office de moteur.
Magique, vous dis-je…
Bon début de semaine à toutes et à tous et pensez à vos déclarations d’impôt
« papier » !
I3
Pour
mémoire (n’en déplaise à « Pal-Poux-tine ») : LE PRÉSENT BILLET A ENCORE ÉTÉ
RÉDIGÉ PAR UNE PERSONNE « NON RUSSE » ET MIS EN LIGNE PAR UN MÉDIA DE MASSE «
NON RUSSE », REMPLISSANT DONC LES FONCTIONS D’UN AGENT « NON RUSSE » !
Post-scriptum : Alexeï Navalny est mort en détention pour ses opinions politiques. Les Russes se condamnent à perpétuité à en supporter toute la honte !
Постскриптум: Алексей Навальный умер в заключении за свои политические взгляды. Россияне обрекают себя на всю жизнь нести весь позор!
Parrainez Renommez la rue de l’ambassade de Russie à Paris en rue Alexeï Navalny (change.org)
[1] Compact Muon Solenoid, en « Gauloisien-natif », « solénoïde compact à muons ». C’est une des expériences de physique des particules du Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN.
Des résultats obtenus au Large Hadron Collider pourraient remettre en cause le modèle standard, pilier de la physique des particules depuis un demi-siècle, car ils indiqueraient que le comportement de certaines particules subatomiques dans le LHC n’est pas conforme aux prédictions de ce modèle : Un comble !
Mais une époque fabuleuse que voilà, s’il en est…
Et quatre forces fondamentales – la gravitation, l’électromagnétisme, l’interaction faible et l’interaction forte – régissent leurs interactions.
Or, le LHC est un immense accélérateur de particules installé dans un tunnel circulaire de 27 kilomètres sous la frontière « Gauloiso-Helvètique ».
Son objectif principal est justement de mettre à l’épreuve le modèle standard.
D’un autre côté, il aura inspiré l’anneau d’accélération pour satellites que construit actuellement « Paul de Bréveuil », alias « Charlotte », dans les sous-sols d’un atoll des Îles-Chagos : Mais ce n’est jamais qu’un roman, tout droit extrait du jus de neurone-bio de l’auteur de ce blog…
Elle ne rend par exemple pas compte de la gravité ni de la matière noire – cette forme de matière invisible, encore jamais mesurée directement, qui représenterait environ 25 % de l’univers.
Aussi, au grand collisionneur de hadrons, des faisceaux de protons qui circulent en sens opposé sont mis en collision afin de déceler des indices d’une physique encore inconnue.
Les nouveaux résultats dont il est question proviennent donc du LHCb, une expérience du LHC consacrée à l’analyse de ces collisions.
Il s’agit d’analyser la manière dont ces mésons B se désintègrent en d’autres particules, et de constater que ce processus spécifique n’est pas conforme aux prédictions du modèle standard finement calculées.
Rappelons que le « modèle standard » repose sur deux des avancées les plus révolutionnaires de la physique du XXème siècle : La mécanique quantique et la relativité restreinte d’Einstein.
Malgré son caractère incomplet, plus de cinquante ans de tests toujours plus exigeants les uns que les autres n’ont encore jamais révélé aucune faille dans ce cadre théorique.
Du moins, jusqu’à récemment.
Concrètement, cela signifie que, après prise en compte des incertitudes liées aux résultats expérimentaux et aux prédictions théoriques, la probabilité qu’une fluctuation aléatoire des données produise un écart aussi important – si le modèle standard est correct – est d’environ 1 sur 16.000.
Statistiquement « non nul » mais « non significatif ».
Telle est la règle qu’observent les scientifiques qui jouent avec leurs joujoux payés avec vos impôts du côté du Lac Léman.
D’autant que cette hypothèse est renforcée par des résultats issus d’une autre expérience, CMS[1], publiés plus tôt en 2025.
Bien que les résultats du CMS soient moins précis que ceux de LHCb, ils sont en bon accord avec ces derniers, ce qui consolide l’ensemble.
Et le recueil des nouveaux résultats provient de l’étude d’un type particulier de processus, appelé la désintégration électrofaible « pingouin ».
Avec un peu d’imagination, la configuration des particules impliquées peut évoquer la silhouette d’un pingouin, d’où son nom…
Derrière chaque chercheur se cachent peut-être un poète ou un gamin près à s’étonner de tout et de rien…
Mais surtout, l’étude de cette désintégration permet d’observer comment un type de particule fondamentale, le quark bottom, peut se transformer en un autre, le quark étrange.
Du coup, la désintégration « pingouin » est extrêmement rare dans le cadre du modèle standard : Sur un million de mésons B, un seul se désintègre de cette manière !
« Nous avons analysé avec précision les angles et les énergies auxquels ces particules sont produites lors de la désintégration, et déterminé avec exactitude la fréquence du processus.
Aïe, aïe, aïe !
Les processus « pingouin » sont particulièrement sensibles aux effets de nouvelles particules potentiellement très massives, qui ne peuvent pas être produites directement au LHC.
Mais de telles particules peuvent néanmoins exercer une influence mesurable sur ces désintégrations, en plus de la contribution attendue du modèle standard.
Et ce type d’observation indirecte n’est pas inédit : Par exemple, une forme de radioactivité a ainsi été découverte près de quatre-vingts ans avant que les particules fondamentales qui en sont responsables – les bosons W – ne soient observées directement.
Dès lors, un large éventail de nouvelles théories pourrait expliquer ces résultats. Beaucoup d’entre elles font intervenir de nouvelles particules appelées « leptoquarks », qui unifient deux types de constituants de la matière : Les leptons et les quarks.
D’autres théories envisagent des particules plus massives, analogues à celles déjà décrites par le modèle standard.
Cependant, malgré l’enthousiasme des « trouveurs », des questions théoriques ouvertes subsistent et empêchent d’affirmer avec certitude qu’on a pu observer une physique au-delà du modèle standard.
D’ailleurs, il faut vous avouer que la principale difficulté tient aux « pingouins charmants » (charming penguins), un ensemble de processus prévus par le modèle standard dont les contributions sont extrêmement difficiles à estimer.
D’autant que les évaluations récentes suggèrent que leurs effets ne sont pas suffisamment importants pour rendre compte des données recueillies jusque-là.
Heureusement, de nouvelles données, déjà collectées, devraient permettre de trancher dans les prochaines années : Dans les travaux actuels, ont été analysées environ 650 milliards de désintégrations de mésons B enregistrées entre 2011 et 2018 pour identifier ces processus « pingouin ».
Depuis, l’expérience LHCb a enregistré trois fois plus de mésons B…
Rassurez-vous, d’autres avancées sont prévues dans les années 2030 afin de tirer parti des futures améliorations du LHC et de constituer un jeu de données 15 fois plus important.
Et cette étape décisive pourrait permettre alors d’apporter des preuves définitives – et, peut-être, d’ouvrir la voie à une nouvelle compréhension des lois fondamentales de l’Univers.
Fabuleux, n’est-ce pas !
Et tout ça, sans que vous ne vous en rendiez compte une seule seconde, grâce à votre pognon qui finance ses travaux et les formations et salaires des « trouveurs » !
Magnifique, non ?
Il me fallait vous le souligner dans cette rubrique…
Mais pas seulement.
Des « trouveurs » viennent d’en livrer une preuve du concept.
Atteindre Alpha du Centaure, le système stellaire le plus proche du Soleil, sa planète Pandora et ses Na’vis, exigerait des centaines de milliers d’années avec nos propulseurs actuels.
Mais une autre piste fascine les physiciens : Utiliser la lumière pour pousser un engin spatial !
De (futurs) « trouveurs » de l’université Texas A & M viennent d’en livrer une preuve prometteuse dans la revue Newton : Des structures microscopiques, appelées « métajets », capables de léviter et de se déplacer sous l’effet d’un laser, sans contact mécanique ni carburant embarqué !
Il s’agit de matériaux ultrafins structurés à l’échelle nanométrique. L’équipe a ainsi conçu un « sandwich » optique : De minuscules piliers en silicium sur une base transparente en dioxyde de silicium.
Cette architecture est cruciale : Lorsqu’un rayon laser frappe cette surface, une partie de la lumière est déviée et une autre, réfléchie (ce n’est pas qu’elle pense, n’est-ce pas, mais qu’elle retourne d’où elle vient…).
Ce qui permet au Dr Shoufeng Lan de comparer ce phénomène à des balles de ping-pong rebondissant sur une surface : À chaque impact, une petite quantité de mouvement est transmise.
Ici, ce rôle est joué par les photons du laser : En étant déviés ou réfléchis, ils exercent sur le « métajet » une poussée infime, appelée force… « métaphotonique ».
Magique…
En ajustant simplement la taille et le nombre de ces colonnes, les « trouveurs » texans déterminent l’angle de déviation de la lumière, contrôlant ainsi la vitesse et la direction du « métajet ».
Simple…
Et l’étude démontre que la force de propulsion dépend avant tout de la puissance du laser, et non de la taille de l’objet. Ces principes physiques pourraient donc, en théorie, être étendus à des systèmes beaucoup plus grands, sous réserve d’une puissance lumineuse suffisante.
Reste qu’il ne s’agit encore que d’une démonstration de principe.
À ce stade, ces dispositifs restent microscopiques – plus fins qu’un cheveu humain – et ne sont testés qu’en laboratoire, plongés dans un liquide pour atténuer les effets de la gravité !
La prochaine étape pour l’équipe consistera à obtenir des financements afin de tester cette technologie en microgravité… probablement en orbite !
Néanmoins, on espère qu’entre science fondamentale et rêve d’exploration interstellaire, ces « métajets » pourraient constituer les premiers jalons d’une propulsion où la lumière elle-même ferait office de moteur.
Magique, vous dis-je…
Post-scriptum : Alexeï Navalny est mort en détention pour ses opinions politiques. Les Russes se condamnent à perpétuité à en supporter toute la honte !
Постскриптум: Алексей Навальный умер в заключении за свои политические взгляды. Россияне обрекают себя на всю жизнь нести весь позор!
Parrainez Renommez la rue de l’ambassade de Russie à Paris en rue Alexeï Navalny (change.org)
[1] Compact Muon Solenoid, en « Gauloisien-natif », « solénoïde compact à muons ». C’est une des expériences de physique des particules du Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN.
