Une réalisation historique dans la révélation des forces fondamentales de l’univers au Grand collisionneur de hadrons

Grâce à leur forte implication au CERN, l’équipe de l’Université de Rochester a récemment réussi à réaliser des mesures « incroyablement précises » de l’angle de mélange électrofaible, un élément clé du modèle standard de la physique des particules. Droits d’auteur : Samuel Joseph Herzog ; Julien Marius Urdan

Des chercheurs de l’Université de Rochester, travaillant avec la collaboration CMS à CERNNous avons réalisé des progrès significatifs dans la mesure de l’angle de mélange électrofaible, faisant ainsi progresser notre compréhension du modèle standard de la physique des particules.

Leurs travaux contribuent à expliquer les forces fondamentales de l’univers, soutenus par des expériences telles que celles du Grand collisionneur de hadrons qui explorent des conditions similaires à celles qui se sont produites après le Big Bang.

Découvrez les secrets cosmiques

Dans leur quête pour déchiffrer les secrets de l’univers, des chercheurs de l’Université de Rochester participent depuis des décennies à une collaboration internationale au sein de l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire, connue sous le nom de CERN.

Forte de leur forte implication au CERN, notamment au sein de la collaboration CMS (Compact Solenoid), l’équipe de Rochester – dirigée par Ari Budek, professeur de physique à George E. Buck – récemment une réalisation pionnière. Leurs réalisations se concentrent sur la mesure de l’angle de mélange électrofaible, un élément crucial du modèle standard de la physique des particules. Ce modèle décrit la façon dont les particules interagissent et prédit avec précision un grand nombre de phénomènes en physique et en astronomie.

« Les mesures récentes de l’angle de mélange de la force électrofaible sont incroyablement précises, car elles ont été calculées à partir de collisions de protons au CERN, et elles font progresser la compréhension de la physique des particules », explique Budick.

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le Collaboration dans un système de gestion de contenu La collaboration CMS rassemble des membres de la communauté de la physique des particules du monde entier pour mieux comprendre les lois fondamentales de l’univers. Outre Bodek, le groupe de Rochester du projet CMS Collaboration comprend les chercheurs principaux Regina DeMina, professeur de physique, et Aran Garcia Bellido, professeur agrégé de physique, ainsi que des chercheurs postdoctoraux et des étudiants des cycles supérieurs et du premier cycle.

Expérience CMS du CERN

Les chercheurs de l’Université de Rochester travaillent depuis longtemps au CERN dans le cadre de la collaboration Compact Muon Solenoid (CMS), notamment en jouant un rôle clé dans la découverte du boson de Higgs en 2012. Crédit : Samuel Joseph Herzog. Julien Marius Urdan

L’héritage de la découverte et de l’innovation au CERN

Situé à Genève, en Suisse, le CERN est le plus grand laboratoire de physique des particules au monde, réputé pour ses découvertes pionnières et ses expériences de pointe.

Les chercheurs de Rochester travaillent depuis longtemps au CERN dans le cadre de la collaboration CMS, notamment en jouant un rôle clé dans… Découverte du boson de Higgs en 2012– Une particule élémentaire qui permet d’expliquer l’origine de la masse dans l’univers.

Le travail de la collaboration comprend la collecte et l’analyse des données collectées par le détecteur solénoïde de muons intégré au Grand collisionneur de hadrons du CERN, l’accélérateur de particules le plus grand et le plus puissant au monde. Le LHC consiste en un anneau d’aimants supraconducteurs et de structures accélératrices de 27 km de long construits sous terre et s’étendant le long de la frontière entre la Suisse et la France.

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L’objectif principal du LHC est d’explorer les éléments de base de la matière et les forces qui les gouvernent. Ceci est réalisé en accélérant des faisceaux de protons ou d’ions jusqu’à une vitesse proche de la vitesse de la lumière et en entrant en collision les uns avec les autres à des énergies extrêmement élevées. Ces collisions recréent des conditions similaires à celles qui existaient quelques millisecondes après le Big Bang, permettant aux scientifiques d’étudier le comportement des particules dans des conditions extrêmes.

Découvrez les forces unifiées

Au XIXe siècle, les scientifiques ont découvert que les différentes intensités de l’électricité et du magnétisme étaient liées : un champ électrique changeant produit un champ magnétique et vice versa. Cette découverte constitue la base de l’électromagnétisme, qui décrit la lumière comme une onde et explique de nombreux phénomènes dans le domaine de l’optique, tout en décrivant comment les champs électriques et magnétiques interagissent.

S’appuyant sur cette compréhension, les physiciens ont découvert dans les années 1960 que l’électromagnétisme est lié à une autre force, la force faible. La force faible opère dans le noyau des atomes et est responsable de processus tels que la désintégration radioactive et l’alimentation de la production d’énergie solaire. Cette découverte a conduit au développement de la théorie électrofaible, qui postule que l’électromagnétisme et la force faible sont en réalité des manifestations à basse énergie d’une force unifiée appelée interaction électrofaible unifiée. Des découvertes clés, comme le boson de Higgs, ont confirmé ce concept.

Développements dans l’interaction électrofaible

La collaboration CMS a récemment réalisé l’une des mesures les plus précises à ce jour de cette théorie, en analysant des milliards de collisions de protons au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN. Leur objectif était de mesurer l’angle de mélange faible, un paramètre qui décrit comment l’électromagnétisme et la force faible se mélangent pour former des particules.

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Des mesures antérieures de l’angle de mélange électrofaible ont suscité une controverse au sein de la communauté scientifique. Cependant, les derniers résultats sont étroitement cohérents avec les prédictions du modèle standard de physique des particules. Rice Taus, étudiante diplômée de Rochester, et Aliko Khokhonishvili, boursier postdoctoral, ont mis en œuvre de nouvelles techniques pour réduire l’incertitude méthodologique inhérente à cette mesure, améliorant ainsi sa précision.

Comprendre le faible angle de mélange met en lumière la façon dont les différentes forces de l’univers travaillent ensemble aux plus petites échelles, approfondissant ainsi la compréhension de la nature fondamentale de la matière et de l’énergie.

« L’équipe de Rochester développe des techniques innovantes et mesure ces paramètres électrofaibles depuis 2010, puis les met en œuvre au Grand collisionneur de hadrons », explique Budick. « Ces nouvelles techniques ont annoncé une nouvelle ère de tests de précision des prédictions du modèle standard. »

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