La physique étudiée par ATLAS
ATLAS étudie toute une série de questions de physique, et cherche principalement à améliorer notre compréhension des constituants fondamentaux de la matière. Voici quelques-unes de ces questions-clés.
Les constituants fondamentaux de la matière
Le Modèle standard décrit toutes les particules élémentaires subatomiques connues présentes dans l'Univers qui ont été observées par une expérience. ATLAS les étudie et en cherche d'autres, afin de déterminer si les particules que nous connaissons sont réellement élémentaires, ou si elles sont en fait composées d'autres particules encore plus élémentaires.
Le boson de Higgs
En 1964, trois équipes de physiciens ont imaginé, indépendamment les unes des autres, un mécanisme visant à expliquer comment les particules porteuses de la force nucléaire faible, soit les bosons W et Z, acquièrent leur masse. Leur solution (le mécanisme BEH) impliquait l'existence de la particule qu’on connaît à présent sous le nom de boson de Higgs.
Le 4 juillet 2012, les expériences ATLAS et CMS du CERN ont annoncé qu'elles avaient observé une nouvelle particule aux propriétés compatibles avec celles du boson de Higgs. François Englert et Peter Higgs ont reçu le prix Nobel de physique en 2013 pour cette découverte.
Des études ultérieures ont montré que le boson de Higgs interagit avec les bosons comme avec les fermions, ce qui corrobore la prédiction du Modèle standard selon laquelle toutes les particules élémentaires acquièrent leur masse via le champ de Higgs. Les physiciens utilisent à présent le boson de Higgs comme un outil afin de chercher une nouvelle physique dans les collisions à haute énergie du LHC.
Qu'est devenue l'antimatière ?
En cherchant des déséquilibres entre la production de matière et d'antimatière, nous tentons de découvrir pourquoi l'Univers semble composé uniquement de matière.
À quoi ressemblait l'Univers primordial, et comment notre Univers va-t-il évoluer ?
Les collisions de protons et les collisions d'ions lourds produites par le LHC recréent les conditions qui régnaient immédiatement après le Big Bang, lorsque l’Univers était gouverné par la physique des particules à haute énergie, puis rempli d'une soupe primordiale composée de quarks et de gluons. Elles permettent également à ATLAS d'étudier des sujets fondamentaux tels que le champ de Higgs ou la matière noire.
La « matière noire »
Les mesures astronomiques plaident pour l'existence d'une matière impossible à observer directement. ATLAS peut détecter cette « matière noire » en cherchant de l'énergie et des impulsions manquantes lors de collisions proton-proton.
Et la gravité dans tout ça ?
Par rapport aux autres forces, la gravité est extrêmement faible. Afin d'expliquer cette différence, nous cherchons des phénomènes exotiques : par exemple des dimensions supplémentaires, des gravitons et des trous noirs microscopiques.
D'autres questions ?
Au sein du programme de physique d'ATLAS, les aspects les plus stimulants sont peut-être l'exploration et la découverte de nouveaux phénomènes allant au-delà des théories existantes : la recherche de l'inconnu.
Pour aller plus loin
Plus de détails peuvent être trouvés sur la page (en anglais) de la collaboration. Le texte de cette page est issu de cette brochure du CERN.