Peter Tucker
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Personne ne joue avec le grand collisionneur de hadrons. C'est le briseur de particules suprême de l'ère actuelle, et rien ne peut toucher ses capacités énergétiques ou sa capacité à étudier les frontières de la physique. Mais toute gloire est éphémère et rien ne dure éternellement. Finalement, vers 2035, les lumières de cet anneau de puissance de 27 kilomètres de long s'éteindront. Qu'est-ce qui vient après ça?
Des groupes concurrents du monde entier se bousculent pour obtenir un soutien financier afin de faire de leurs idées de collisionneurs d'animaux la prochaine grande chose. Une conception a été décrite le 13 août dans un article du journal de pré-impression arXiv. Connu sous le nom de collisionneur linéaire compact (ou CLIC, parce que c'est mignon), le canon à rail massif et subatomique proposé semble être le favori. Quelle est la vraie nature du boson de Higgs? Quelle est sa relation avec le quark top? Pouvons-nous trouver des indices de physique au-delà du modèle standard? CLIC pourra peut-être répondre à ces questions. Cela n'implique qu'un collisionneur de particules plus long que Manhattan.
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Course de dragsters subatomiques
Le grand collisionneur de hadrons (LHC) écrase des particules quelque peu lourdes appelées hadrons (d'où le nom de l'installation). Vous avez un tas de hadrons à l'intérieur de votre corps; les protons et les neutrons sont les représentants les plus courants de ce clan microscopique. Au LHC, les hadrons tournent et tournent en rond géant, jusqu'à ce qu'ils approchent de la vitesse de la lumière et commencent à s'écraser. Bien qu'impressionnante - le LHC atteint des énergies inégalées par aucun autre appareil sur Terre - toute l'affaire est un peu compliquée. Après tout, les hadrons sont des particules de conglomérat, juste des sacs d'autres choses, plus minuscules et plus fondamentales, et lorsque les hadrons se brisent, tous leurs tripes se répandent partout, ce qui complique l'analyse..
En revanche, CLIC est conçu pour être beaucoup plus simple, plus propre et plus chirurgical. Au lieu de hadrons, le CLIC accélérera les électrons et les positrons, deux particules fondamentales légères. Et ce smasher accélérera les particules en ligne droite, de 7 à 31 miles (11 à 50 km), en fonction de la conception finale, jusque dans le canon..
Toute cette génialité ne se produira pas d'un seul coup. Le plan actuel est que le CLIC démarre à une capacité inférieure en 2035, juste au moment où le LHC s'achèvera. Le CLIC de première génération fonctionnera à seulement 380 gigaélectronvolts (GeV), soit moins d'un trentième de la puissance maximale du LHC. En fait, même la pleine puissance opérationnelle du CLIC, actuellement ciblée sur 3 téraélectronvolts (TeV), est inférieure au tiers de ce que le LHC peut faire actuellement.
Donc, si un collisionneur de particules avancé de nouvelle génération ne peut pas battre ce que nous pouvons faire aujourd'hui, à quoi ça sert??
Chasseur de Higgs
La réponse de CLIC est de travailler plus intelligemment, pas plus dur. L'un des principaux objectifs scientifiques du LHC était de trouver le boson de Higgs, la particule recherchée depuis longtemps qui prête leur masse aux autres particules. Dans les années 80 et 90, lors de la conception du LHC, nous n'étions pas sûrs que le Higgs existait même, et nous n'avions aucune idée de sa masse et de ses autres propriétés. Nous avons donc dû construire un instrument à usage général qui pourrait étudier de nombreux types d'interactions qui pourraient toutes potentiellement révéler un Higgs.
Et nous l'avons fait. Hourra!
Mais maintenant que nous savons que le Higgs est une chose réelle, nous pouvons régler nos collisionneurs sur un ensemble d'interactions beaucoup plus restreint. Ce faisant, nous viserons à fabriquer autant de bosons de Higgs que possible, à collecter des tas de données juteuses et à en apprendre beaucoup plus sur cette particule mystérieuse mais fondamentale..
Et voici peut-être le plus étrange jargon physique que vous rencontrerez probablement cette semaine: Higgsstrahlung. Oui, vous avez bien lu. Il existe un processus en physique des particules connu sous le nom de bremsstrahlung, qui est un type unique de rayonnement produit par un tas de particules chaudes entassées dans une minuscule boîte. Par analogie, lorsque vous frappez un électron dans une position à haute énergie, ils se détruisent dans une pluie d'énergie et de nouvelles particules, parmi lesquelles un boson Z associé à un Higgs. Par conséquent, Higgsstrahlung.
À 380 Gev, le CLIC sera une fabrique extraordinaire de Higgsstrahlung.
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Au-delà du quark top
Dans le nouvel article, Aleksander Filip Zarnecki, physicien à l'Université de Varsovie en Pologne et membre de la collaboration CLIC, a expliqué l'état actuel de la conception de l'installation, basée sur des simulations sophistiquées des détecteurs et des collisions de particules..
L'espoir avec CLIC est qu'en produisant simplement autant de bosons de Higgs que possible dans un environnement propre et facile à étudier, nous pouvons en apprendre davantage sur la particule. Y a-t-il plus d'un Higgs? Se parlent-ils? Dans quelle mesure le Higgs interagit-il avec toutes les autres particules du modèle standard, la théorie fondamentale de la physique subatomique?
La même philosophie sera appliquée au quark top, le moins bien compris et le plus rare des quarks. Vous n'avez probablement pas beaucoup entendu parler du quark top parce que c'est un peu solitaire - c'était le dernier quark à être découvert, et nous ne le voyons que rarement. Même au stade initial, le CLIC fabriquera environ 1 million de quarks top, fournissant une puissance statistique inouïe lors de l'utilisation du LHC et d'autres collisionneurs modernes. À partir de là, l'équipe derrière CLIC espère étudier comment la particule de quark supérieure se désintègre, ce qui se produit très rarement. Mais avec un million d'entre eux, vous pourrez peut-être apprendre quelque chose.
Mais ce n'est pas tout. Bien sûr, c'est une chose d'étoffer le Higgs et le quark top, mais la conception intelligente du CLIC lui permet de dépasser les limites du modèle standard. Jusqu'à présent, le LHC est resté sec dans ses recherches de nouvelles particules et de nouvelle physique. Alors qu'il nous reste encore beaucoup d'années à nous surprendre, au fil du temps, l'espoir diminue.
Grâce à sa production brute d'innombrables bosons de Higgs et quarks top, CLIC peut rechercher des indices de nouvelle physique. S'il y a une particule ou une interaction exotique là-bas, cela pourrait affecter subtilement les comportements, les désintégrations et les interactions de ces deux particules. CLIC peut même produire la particule responsable de la matière noire, cette matière mystérieuse et invisible qui modifie le cours des cieux. L'installation ne sera pas en mesure de voir directement la matière noire, bien sûr (car il fait sombre), mais les physiciens peuvent repérer quand l'énergie ou l'élan a disparu des événements de collision, un signe certain que quelque chose de funky se passe..
Qui sait ce que CLIC pourrait découvrir? Mais quoi qu'il arrive, nous devons aller au-delà du LHC si nous voulons avoir une chance décente de comprendre les particules connues de notre univers et d'en découvrir de nouvelles..
Paul M. Sutter est astrophysicien à Université d'État de l'Ohio, hôte de "Demandez à un Spaceman" et "Radio spatiale,"et auteur de"Votre place dans l'univers."
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