Retrouvez dans Science&Vie daté mai (en kiosques du 20 avril au 25 mai, n°1184), notre dossier spécial sur ce qui promet d’être l’une des plus incroyables découvertes de la physique des particules. Et suivez ici en ligne les dernières nouvelles sur cette particule X.

Le LHC est-il sur le point de découvrir une particule inconnue ? Depuis l’observation d’un signal inattendu rendu public le 15 décembre dernier, la question n’en finit plus d’agiter le petit monde de la physique des particules.

A n’en pas douter, la réponse, quelle qu’elle soit, tombera au plus tard d’ici la fin de l’été. Mais au-delà, 2016 s’annonce comme l’année la plus importante de la décennie en physique des particules, peut-être même de tout le siècle à venir. L’année où tout se joue : le triomphe où la mise au rebut de dizaines d’années de spéculations théoriques, la découverte d’une nouvelle réalité microscopique ou rien, le sort des futurs grands accélérateurs de particules… Cette année plus que jamais, la physique des particules est à la croisée des chemins.

Une foule de mystères en suspens

De fait, le LHC a été construit pour deux raisons. La première, découvrir le boson de Higgs, la dernière pièce manquante du modèle standard, l’actuelle théorie des particules élémentaires et des forces fondamentales. Chose faite en 2012. Et la seconde, plus importante encore : découvrir des brides d’une physique radicalement nouvelle, au-delà des prédictions du modèle standard.

Et pour cause, nature de la matière noire, disparition de l’antimatière dans l’univers, origine de la masse des neutrinos… les questions auxquelles le modèle standard n’apporte aucune réponse sont légions. Ce qui constitue le meilleur signe que le vénérable édifice théorique, pourtant jamais remis en cause par la moindre expérience de physique, ne peut en aucun cas constituer la fin de l’histoire.

Pour la première fois, l’accélérateur de particules est poussé à son maximum

Or cette année, le LHC va enfin donner toute la mesure de sa puissance. D’une part il fonctionnera à son énergie nominale, 13 TeV, soit deux fois celle qu’il avait jusqu’à son premier grand arrêt, fin 2012. De quoi sonder l’intimité de la matière jusque dans les interstices où les physiciens s’attendent à observer des phénomènes non standards.

D’autre part, par rapport à 2015, les paquets de protons qui circulent dans ses anneaux seront non seulement plus nombreux (2 737 contre 2 244), mais ils seront surtout deux fois plus concentrés, augmentant la probabilité de collision à chaque croisement. Le temps de prise de données sera par ailleurs accru.

Bref, avec 10 fois plus de données attendues que durant l’année passée, les chances que les chocs entre protons, via la conversion de leur énergie en matière, se traduisent effectivement par la matérialisation de particules inconnues seront démultipliées.

Vers un énorme choc, quoi qu’il arrive

Au point que c’est une quasi-certitude, d’ici la fin de l’année, le LHC aura balayé toutes les possibilités qui s’offrent à lui de découvrir une physique non prédite par l’actuelle théorie de l’infiniment petit. Certes, jusqu’à son arrêt définitif, programmé en 2030, l’incroyable machine continuera à accumuler des données. Mais, sauf cas improbable, celles-ci ne feront que préciser ce qui aura été défriché dans les grandes largeurs en 2016.

Alors ? Que peut-il se passer ? Première option : on découvre des phénomènes non prévus par le modèle standard. On pense en particulier à la particule X, et à la transformation des premiers signes en découverte officielle. Ce serait alors un énorme choc. La physique des particules et des interactions fondamentales serait d’un coup projetée dans une ère nouvelle dont personne ne mesure aujourd’hui les conséquences pour la compréhension des fondements de notre univers matériel.

Mais, autre option, il se peut que seul le modèle standard trouve à s’exprimer dans le creuset du colosse de Genève. Que la particule X se dégonfle. Et ce serait, là encore, un choc. Car les physiciens sauront que les questions qui demeurent sans réponse risquent de le rester pour longtemps.

Non seulement ils seront dans l’incapacité de trier entre les différentes options explorées sur le papier depuis 40 ans pour tenter de dépasser les limites connues de leur théorie. Mais ils auront de plus toutes les peines du monde à convaincre de la nécessité de construire une nouvelle machine forcément plus puissante, donc plus grosse et plus chère que le LHC et ses 27 kilomètres de circonférence pour en apprendre davantage.

Comme le résume un expérimentateur au LHC, « 2016 sera assurément une année critique. Peut-être même la plus critique de toute l’histoire du domaine. » D’ici huit mois, les spécialistes de la matière seront fixés. Et nous avec…

— Mathieu Grousson

Mathieu Grousson est un journaliste collaborateur de Science&Vie spécialiste de la physique fondamentale

 

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• Une nouvelle physique va naître — S&V n°1152 (2013) – acheter ce numéro. La découverte du boson de Higgs au LHC a ouvert plus d’interrogations qu’elle n’a apporté de réponses.

• La matière va enfin parler — S&V n°1129 (2011). Moment clou : tout le monde a les yeux rivés sur le LHC, qui confirmera enfin l’existence du boson de Higgs, des décennies après sa théorisation.

• LHC, l’accélérateur de l’extrême — S&V n°1013 (2002). L’impatience règne chez les physiciens : en cours de construction à cheval entre la France et la Suisse, le grand collisionneur de hadrons est le plus grand outil scientifique jamais réalisé, qui repoussera les frontières de la physique.

Les supernovae, ces explosions stellaires cataclysmiques, sont parmi les événements cosmiques les plus étudiés par les astronomes. Derrière le terme générique de supernova se cachent deux phénomènes stellaires totalement différents. Les supernovae de type II sont les plus simples à comprendre : les étoiles très massives, une fois tout leur combustible nucléaire épuisé, incapables de brûler le fer qu’elles ont créées dans leur forge atomique, s’effondrent brutalement sur elles-même, avant d’exploser et d’ensemencer le cosmos des précieux éléments qu’elles ont synthétisées : carbone, oxygène, magnésium, silicium, etc… Les supernovae de type I sont différentes : l’explosion a lieu dans un vieux couple d’étoiles. La première est une naine blanche, une ancienne étoile, dénuée de réactions nucléaires, qui s’éteint progressivement. La seconde est une géante rouge, un vieux soleil sur le point de s’éteindre et de devenir à son tour une naine blanche. Dans ces couples serrés, la naine blanche commence à absorber la matière de sa voisine géante, jusqu’à ce que la naine blanche s’effondre sur elle-même, engendrant une explosion thermonucléaire gigantesque, dans laquelle elle est intégralement détruite.
Dans une galaxie spirale géante comme la nôtre, qui compte environ deux cents milliards d’étoiles, il explose une supernova tous les 25 ou 50 ans, il suffit pour s’en convaincre d’observer les spirales comparables à la nôtre : NGC 6946 a connu huit supernovae en cent ans, M 83, six, M 101, quatre.
Observer au cours de sa vie l’explosion d’une supernova dans notre galaxie est un rêve d’astronome. Contempler une étoile brillant en plein jour, plus brillante que toutes les autres étoiles, que les planètes, voire que la Lune elle-même. Ce spectacle extraordinaire, tous les astronomes désirent le voir…
Sauf que. Sauf que la dernière fois qu’une supernova a été observée dans notre galaxie, c’était en… 1604. C’est le grand astronome Kepler qui a pu la suivre, des mois durant, et les autres supernovae observées dans la Voie lactée datent de 1572, 1181, 1054 et 1006. Depuis, rien. Plus de quatre siècles sans explosions de supernovae dans notre galaxie, quand les astronomes auraient du en suivre une dizaine, au moins, d’autant que, depuis 1604, les astronomes se sont équipés de télescopes de plus en plus puissants…
Notre galaxie est-elle spéciale ? Non. Le cycle de vie et de mort des étoiles dans les galaxies spirales est bien connu, la Voie lactée ne déroge à aucune règle cosmique… En fait, paradoxalement, lorsque l’on songe que les astronomes découvrent des centaines de supernovae par an dans l’Univers, jusqu’à dix milliards d’années-lumière d’ici, il est extrêmement difficile d’observer ces explosions stellaires dans notre propre galaxie ! Nous observons la Voie lactée depuis l’intérieur de son disque, où s’accumule des milliers d’années-lumière de gaz et de poussière interstellaires, et cette matière agit comme un filtre puissant, impossible à percer, même au télescope. Des supernovae, depuis 1604, il y en a eu, mais leurs vestiges n’ont été découverts que récemment, grâce aux télescopes qui observent des rayonnements invisibles, que le gaz et la poussière interstellaires laissent passer.
Les astronomes viennent de dater la plus récente supernova connue à ce jour dans notre galaxie. Ils ont découvert, voici un quart de siècle, un vestige de gaz et de poussières, en expansion rapide, dans la constellation du Sagittaire, non loin du centre galactique.
L’astre, appelé G1.9+0.3, est une immense corolle lumineuse distante de 28 000 années-lumière et est absolument invisible avec des télescopes classiques. Seuls les radiotélescopes et les télescopes spatiaux à rayons X sont capables d’observer cet anneau de plasma brûlant qui s’étend à la vitesse extraordinaire de cinquante millions de kilomètres par heure, soit presque 14 000 km/s !
En mesurant précisément cette vitesse, et le flux d’énergie rayonnée par G1.9+0.3, les spécialistes ont calculé, à quelques années près, la date de l’explosion… La supernova, de type I, est probablement apparue dans le Sagittaire en 1900. Sans le gaz et la poussière interstellaire du disque galactique, son éclat aurait été comparable à celui de la planète Vénus : elle aurait probablement été visible en plein jour.
Une supernova va forcément exploser bientôt dans la Voie lactée, « bientôt » à l’échelle de ces monstres cosmiques signifiant dans quelques mois, quelques années, ou quelques décennies. La prochaine supernova illuminera t-elle le ciel, comme celles de 1006, 1054, 1181, 1572 et 1604 ? Si elle se trouve du même côté du disque galactique que le Soleil, oui. Mais, même si elle est invisible, car trop lointaine et masquée par le gaz et la poussière, les astronomes la détecteront, avec leurs télescopes de l’invisible, radiotélescopes, détecteurs de neutrinos, satellites X et gamma, et, bien sûr, détecteurs d’ondes gravitationnelles, l’explosion d’une étoile aussi proche de nous promettant de lever une vague gravitationnelle puissante et silencieuse dans l’océan de l’espace.
Serge Brunier

Météo France est formelle : aujourd’hui est plus chaud qu’hier, et moins chaud que demain. Et ces températures perturbent le rythme de la végétation ! Au printemps, le thermomètre grimpe trop vite, alors qu’en hiver, il n’est pas descendu suffisamment pour les besoins des arbres…

 

 

En France, tous les types de climat montent en température

A travers l’Hexagone, le printemps n’est pas partout le même… mais où que l’on habite, il y fait de plus en plus chaud ! Le climat océanique de Brest, celui, continental, de Nancy ou le méditerranéen de Toulon ont déjà pris 1 °C au cours du XXe siècle… Et les températures vont encore grimper ! Car les projections élaborées par Météo France (au Centre national de recherches météorologiques) vont toutes dans le même sens : ça va chauffer !

On estime qu’en 2050, les régions atlantique et méditerranéenne de l’Hexagone prendront jusqu’à 2 °C, et le reste du territoire, qui ne jouit pas de l’effet rafraîchissant de la mer, jusqu’à 3 °C. Mais il y a pire : ces chiffres ne sont valables que si les émissions de gaz à effet de serre produites par l’homme se maintiennent aux niveaux actuels.

Si, en revanche, on renonçait à agir contre le réchauffement, on gagnerait encore un degré supplémentaire ! Avec à la clé des printemps très courts et des sécheresses plus longues en été. Ce qui n’est pas sans conséquences pour l’agriculture et la santé…

—Fiorenza Gracci

D’après Science&Vie Questions-Réponses n°15

 

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Cette fois ça y est, à l’issue de sa traditionnelle trêve hivernale pour maintenance, le LHC (grand collisionneur de hadrons) vient de redémarrer. Le 25 mars, les premiers faisceaux de protons ont commencé à tourner dans son anneau de 27 kilomètres de circonférence. Et le 8 avril, les premières collisions ont eu lieu à l’énergie prodigieuse de 13 TeV dans les détecteurs.

Pour l’heure, l’accélérateur géant est en phase de tests, et seuls quelques paquets de particules y sont en circulation. Mais d’ici le début de l’été, il devrait atteindre sa vitesse de croisière avec près de 3 000 paquets contenant chacun 120 milliards de protons tournant de concert dans les deux sens. De quoi engendrer 1 milliard de collisions par seconde dans ses entrailles !

Un signal bien étrange détecté par le LHC

Et ce redémarrage a lieu sous les meilleurs auspices. Le 15 décembre, les expérimentateurs de l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (Cern) annonçaient en effet avoir découvert dans les données accumulées en 2015 dans les détecteurs ATLAS et CMS un bien étrange signal. Un petit excès, comme disent les spécialistes, pouvant signifier qu’une nouvelle particule inconnue avait pris corps dans le creuset du colosse genevois. Une particule qu’aucune théorie n’avait prédite qui, si elle est confirmée, projetterait l’exploration de l’infiniment petit dans une nouvelle ère.

Cette particule d’une masse de 750 GeV, 6 fois plus massive que le boson de Higgs, découvert au LHC en 2012, est-elle réelle ? Les données de 2015 n’avaient pas permis de trancher la question. D’un mot le rapport signal sur bruit n’était pas assez convainquant. Mais néanmoins suffisant pour plonger la petite communauté de physique des particules dans une excitation sans précédent (voir notre numéro daté mai, en kiosque du 20 avril au 25 mai).

L’existence de la nouvelle particule pourrait être confirmée dans quelques semaines

Dans les prochaines semaines, elle n’est pas près de retomber. Au regard des performances de l’accélérateur et des résultats des différents tests actuellement en cours sur les détecteurs, il est probable que la confirmation de l’existence de la mystérieuse particule pourrait tomber dès le début du mois de juin !

Précisément, le début de la prise de données devrait avoir lieu avant la mi-mai. Et deux à trois semaines seront alors suffisantes pour doubler la quantité de données accumulées pendant toute l’année 2015, seuil vraisemblablement suffisant pour conclure. Et si tel n’est pas le cas, il est clair qu’avant la fin de l’été, on saura !

On saura si le signal divulgué le 15 décembre n’était qu’une simple fluctuation statistique, alors la plus diabolique jamais enregistrée auprès d’un accélérateur de particule aux dires des physiciens. Ou bien les premiers contours d’un nouveau continent physique inexploré. Ce serait alors l’une des plus grandes découvertes en physique des particules. La trêve hivernale est bel et bien terminée !

— Mathieu Grousson

Mathieu Grousson est un journaliste collaborateur de Science&Vie spécialiste de la physique fondamentale

 

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C’est un pas important que des neurologues canadiens ont fait dans la compréhension de la maladie d’Alzheimer. Car si l’on sait que ces malades perdent peu à peu la capacité à reconnaître le visage de leurs proches, les médecins associaient jusqu’ici ce symptôme à la perte générale des capacités mémorielles.

Or des chercheurs de l’Université de Montréal et du Centre de recherche de l’Institut universitaire de gériatrie de Montréal ont montré, tests à l’appui, que le phénomène est bien plus subtile que cela : il affecte une capacité de haut niveau particulière de la vision, la “perception holistique” des visages, sans toucher à d’autres capacités liées à la vision. Une “nuance” qui permettrait de mieux cibler les traitements de la maladie.

25 malades d’Alzheimer et 23 volontaires sains

Reconnaître un visage, c’est reconnaître ses détails mais pas seulement : si chaque détail n’est pas intégré dans une perception globale du visage, celui-ci peut demeurer méconnaissable. Or, selon les auteurs de cette nouvelle étude, c’est cette dernière capacité, dite de perception holistique, qui est affectée en premier lorsque le malade ne reconnaît plus ses proches ou des visages familiers.

Pour arriver à cette conclusion, les chercheurs ont soumis à des tests visuels 25 patients en phase moyenne de développement de la maladie d’Alzheimer, âgés de 54 à 85 ans, et 23 volontaires sains de 65 à 87 ans.

Visages, voitures et l’inverse

Chaque personne a été soumise à un test de visionnage de 144 images représentant des visages, des visages inversés (tête en bas), des voitures et des voitures inversées. Or de nombreuses études préalables en psychologie expérimentale ont montré que le cerveau possède une compétence spécifique à reconnaître un visage quand celui-ci se présente de manière normale, compétence qui n’est pas sollicitée pour la reconnaissance d’autres objets.

En particulier, le cerveau n’active pas cette compétence à la vue d’un visage inversé – ce qui explique qu’on a plus de mal à reconnaître un proche sur une photo montrée à l’envers.

Le temps de réponse et le taux d’erreurs

Concrètement, chaque test consistait à afficher à l’écran d’un ordinateur un groupe de trois images représentant l’une des 4 possibilités (visages, visages inversés, voitures, voitures inversée) comme le montre la photo ci-dessous :

Pour chaque groupe de trois images, les personnes devaient dire le plus vite possible laquelle des deux images situées en bas correspondait à celle représentée en haut, en appuyant sur la touche “S” du clavier si c’était l’image du bas à gauche, ou la touche “L” si c’était celle de droite. Les paramètres enregistrés par les chercheurs étaient le temps de réponse et le taux d’erreur.

Une difficulté particulière avec les visages présentés normalement

Si de manière générale, l’erreur et le temps de réponse étaient supérieur chez les malades que chez les personnes saines, les statistiques ont montré surtout une différence qualitative entre, d’une part, l’exercice avec des visages présentés normalement, et d’autre part, les trois autres exercices (en incluant celui des visages inversés).

En effet, les malades avaient tendance (statistiquement) à avoir des temps de réponse et des taux d’erreur similaires dans les tests avec les visages normaux que dans les autres trois tests, alors que les personnes saines montraient une meilleure compétence dans ce premier exercice que dans les trois autres.

De nouvelles stratégies pour les proches des malades

En conclusion, selon les chercheurs, le cerveau des personnes atteintes d’Alzheimer traite les informations visuelles des visages présentés normalement de la même manière qu’il traite celles des objets (ou des visages inversés), ce qui indique que leur fonction de “perception holistique” des visages est atteinte.

Ce résultat pourrait conduire à développer des traitement ciblant cette fonction particulière du cerveau – pour en atténuer l’évolution. Il permettrait aussi de concevoir des stratégies particulières pour l’entourage d’un malade permettant à celui-ci de le reconnaître par d’autres voies que la perception holistique.

Par exemple en “forçant” certains de leurs traits caractéristiques (moustache, coupe de cheveux, etc.) ou en s’appuyant d’avantage sur d’autres caractéristiques comme la voix, le parfum, etc.

–Román Ikonicoff

 

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